CN103429854A - 用于操作蒸汽循环的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于操作利用内燃机（2）余热的蒸汽循环的方法，设有一个管路回路（4），在该管路回路中可循环工作介质。在管路回路（4）中设有至少一个泵（6，13）、至少一个热交换器（8）、一个膨胀机（10）、一个以贮存液态的工作介质的供水容器（14）、一个冷凝器（12）。管路回路（4）的各组件通过液态工作介质的部分清空来作到防冻。在工作介质循环结束后使所述泵（6，13）的至少一个泵继续工作，以便至少由继续工作的泵（6，13）排空工作介质。

Description

用于操作蒸汽循环的方法
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于操作利用内燃机余热的蒸汽循环的方法。
现有技术
由DE10228868B4公知了一种借助蒸汽机产生机械功的装置。在一个闭合的循环回路中设有一个供水容器，一个供给泵，一个用于产生蒸汽的蒸发器，一个蒸汽机及一个冷凝器。通过供给泵由供水容器将供水输送给蒸发器。供水在蒸发器中蒸发及被输送给一个蒸汽机。该蒸汽机产生机械能。由蒸汽机排出的减压蒸汽借助一个冷凝器来冷凝。被冷凝的水再输送给供水容器。在供水容器上面具有一个保护气体室。在该装置不工作时保护气体室中的保护气体使供水由闭合的循环回路的一部分中挤出并由此保护对冰冻敏感的部件以免其损坏。
发明内容
根据本发明的具有独立权利要求的特征部分特征的用于操作利用内燃机余热的蒸汽循环的方法具有其优点，即通过在工作介质循环结束后至少一个泵的继续工作使工作介质至少由继续工作的泵排空并由此由该泵输送出液态的工作介质，该至少一个泵在循环结束后一直继续工作直到液态工作介质几乎完全由该泵排走为止。该至少一个继续工作的泵在工作介质循环结束后通过继续工作成为防冰冻的。如果在工作介质循环结束后管路回路经受到使工作介质结冰的温度，就存在导体回路的组件被在结冰时膨胀的工作介质损坏的危险。如果在继续工作的泵中仅还具有很少量的液态工作介质则可避免液态工作介质结冰时的损坏。
连接在继续工作的泵上的管路回路的组件、例如一个前置的管路通过泵的继续工作也可被排空并由此在结冰时变成防冰冻的及受到防损坏的保护。
通过至少一个泵的继续工作表明了一种方法，它使管路回路的敏感组件成为防冰冻的。它不需要在管路回路中加入附加的保护气体来压出液态工作介质。并取消了在蒸汽循环继续工作前去除保护气体的附加程序。在结冰时防损坏的保护仅通过在管路回路中现有的装置来实现。
在从属权利要求中给出了根据本发明的方法的有利构型及进一步的结构。
被表明特别合乎要求的是：工作介质循环的结束在内燃机停止后进行，因为内燃机在其停止后将无热能可输出给管路回路及由此不再需要工作介质的继续循环及管路回路各个组件的继续工作。通过管路回路的各个组件继续工作的结束及工作介质循环的结束可减少能量损耗。
在工作介质循环结束后作为设置在供水容器与热交换器之间的管路回路的供给泵的泵的继续工作是有利的，因为由供给泵及设置在供给泵前面的管路区段可排空液态的工作介质。供给泵是管路回路的特别敏感的组件及通过在工作介质循环结束后的继续工作成为防冰冻的。
当设置在供水容器与供给泵之间的第一阀被关闭时，得到一个特别好的优点，因为通过第一阀的关闭防止了工作介质由供水容器中抽出。通过该阀的关闭将使供给泵几乎完全地排空。
当设置在供给泵与热交换器之间的第二阀被打开时，得到另一优点，因为通过第二阀的打开使工作介质由供给泵分配到供给泵与热交换器之间的整个管路区段中。
有利的是，作为设置在冷凝器与供水容器之间的冷凝泵的泵在工作介质循环结束后继续工作，因为工作介质将由继续工作的冷凝泵及冷凝器输送到供水容器中并由此在管路回路结冰时可避免冷凝器及冷凝泵的损坏。
当冷凝泵继续工作时设置在供水容器与供给泵之间的第一阀的关闭是有利的，因为避免了工作介质由供水容器输送到供给泵。通过冷凝泵的继续工作由冷凝器或冷凝泵排出的工作介质仅可聚集在供水容器中及不再输送到连接在供水容器与供给泵之间的管路区段中。
在工作介质循环结束后供给泵与冷凝泵的继续工作是有利的，因为通过两个泵的继续工作可由管路回路的多个组件排出液态的工作介质。工作介质将由供给泵，由冷凝泵及由冷凝器排出并由此同时避免了管路回路结冰时这些组件的损坏。
附图说明
在附图中表示出本发明的一个实施例及在以下的说明中对其详细的描述。在该唯一的附图中概要地表示一个蒸汽循环。
具体实施方式
该蒸汽循环具有一个用于利用内燃机2的余热的管路回路4。在管路回路4中循环着一种工作介质。在管路回路4中至少设置了一个热交换器8，一个膨胀机10，一个冷凝器12，一个供水容器14及至少一个泵6，13。
内燃机2尤其可被构成空气压缩的、自点火的或混合压缩的、外部点火的内燃机2。该装置及其所属的用于利用余热的方法特别适用于在机动车中使用。但本发明的用于利用余热的方法也适用于其它的应用场合。
内燃机2将燃料燃烧，以便产生机械能。在此情况下形成的废气通过一个可设置在废气催化器中的排气装置排出。排气装置的一个管路区段22穿过热交换器8。来自废气或废气回馈部分的热能通过管路区段22在热交换器8中输出给管路回路4中的工作介质，以使得热交换器8中的工作介质可以蒸发及过热。
管路回路4的热交换器8通过一个管路25与膨胀机10相连接。膨胀机10可构成涡轮机或活塞机。蒸发的工作介质通过管路25流到膨胀机10并将其驱动。膨胀机10具有一个驱动轴11，膨胀机10通过该驱动轴与一个负载相连接。由此可使机械能传递给一个驱动支路或用来驱动一个发电机，一个泵或类似装置。工作介质在流过膨胀机10后通过一个管路26被导向冷凝器12。通过膨胀机10减压的工作介质在冷凝器12中被液化。冷凝器12可与一个冷却循环回路20连接。该冷却循环回路20例如可涉及内燃机2的冷却循环回路。
在冷凝器12中液化的工作介质通过另一管路27可输送给供水容器14，在该管路27中可具有一个冷凝泵13，该冷凝泵使液化的工作介质由冷凝器12输送到供水容器14。供水容器14用作管路回路4中液态工作介质的容器。
液态工作介质由供水容器14通过管路29被供给泵6输送到管路24。在管路29中可具有第一阀15，该阀可被打开或关闭。
在管路24中可具有第二阀28，该阀以压力调节阀的形式用于热交换器8的入口处的工作介质的压力调节。工作介质的蒸发温度可借助热交换器8的入口处的预给定压力来调节。
管路24直接地导入热交换器8中，其方式是使工作介质蒸发并可能使之过热。蒸发的工作介质通过管路重新到达膨胀机10。工作介质重新流过管路回路4。通过至少一个泵6，13及膨胀机10给出了工作介质通过管路回路4的流通方向。因此内燃机2的废气及废气回馈部分的成分可通过热交换器8被持续地吸走热能，该热能将以机械能或电能的形式输出。
作为工作介质可使用水或其它的适应热力学要求的液体。工作介质在流过管路回路4时经受热力学状态的改变，该改变以理想的方式相应于兰金循环过程。工作介质在液相中通过供给泵6压缩到用于蒸发的压力水平上。接着废气的热能通过热交换器8输出给工作介质。在此情况下工作介质被等压地蒸发及接着被过热。此后蒸汽在膨胀机10中被绝热地减压。在此情况下将获得机械能或电能。然后该蒸汽形式的工作介质在冷凝器12中被冷却并通过供给泵6输送给热交换器8。
由于使用了在低温时可能结冰的水或其它液体，具有特别敏感的组件的管路回路4或管路回路4的一部分必需作成防冰冻的。通过工作介质的结冰工作介质将经受一个状态的改变，在该状态改变时它可固化及膨胀。在该过程中可使管路回路4的组件损坏。根据本发明的用于操作利用内燃机余热的蒸汽循环的方法给出了一个可能性，即管路回路4的组件通过液态工作介质的部分清空来作到防冻。这里在工作介质循环结束后使至少一个泵6，13继续工作，以便至少由该继续工作的泵6，13来清空工作介质。
如果在工作介质循环结束后作为设置在供水容器14与热交换器8之间的管路回路4的供给泵6的泵继续地工作，则液态的工作介质供给泵6及管路29排出。在工作介质循环结束后仍处于供给泵6或管路29中的液态的工作介质由供给泵6输送到管路24中。通过供给泵6将液态工作介质的排空或部分排空仅还有很小份额的液态工作介质处于供给泵6中。如果发生了管路回路4的结冰，液态工作介质所留有的量是微不足道的及在结冰时不会引起供给泵6的损坏。
为了避免通过供给泵6的继续工作由供水容器14中抽出工作介质，可在工作介质循环结束后使设置在供水容器14与供给泵6之间的第一阀15关闭。通过第一阀15的关闭供给泵6仅可抽吸位于第一阀15与供给泵6之间的管路29中的水。这仅涉及第一阀15与供给泵6之间的管路29中的少量的液态工作介质，该液态工作介质通过供给泵6的继续工作将经过供给泵6输送到管路24中。
如果在管路区段24中设有第二阀28，则该第二阀在工作介质循环结束后打开。通过第二阀28的打开可使液态工作介质由供给泵6及由第一阀15与供给泵6之间的管路29分配到整个管路区段24中。
在根据本发明方法的另一实施例中冷凝泵13在工作介质循环结束后继续工作，以便使液态介质至少由继续工作的冷凝泵13及冷凝器12输送到供水容器14中。如果在工作介质循环结束后冷凝泵13继续工作，则它将抽吸还处于冷凝器12中的液态工作介质，并通过管路27将该液态的工作介质输送给供水容器14。此外处于管路27中的液态工作介质也被输送到供水容器14中。冷凝泵13本身通过它在工作介质循环结束后的继续工作也将排空。通过该过程仅还有很少量的液态工作介质处于冷凝泵13及冷凝器12中，这些液态工作介质在结冰时不会引起冷凝泵13或冷凝器12的损坏。
通过管路29中第一阀15的关闭阻止了液态工作介质由供水容器14到供给泵6的输送。通过冷凝泵13输送到供水容器14中的液态工作介质将不能由供水容器14通过管路29得到供给泵6。
除了在工作介质循环结束后供给泵6及冷凝泵13分开的继续工作外，这两个阀6，13也可同时地继续工作。通过在工作介质循环结束后供给泵6及冷凝泵13同时的继续工作可使管路回路对冰冻敏感的组件、如供给泵6，冷凝器12及冷凝泵13快速地排空。
工作介质循环的结束可在内燃机2停止后进行，因为在内燃机2停止后不再有热能输出到管路回路4的工作介质上。在此情况下管路回路4的组件的继续工作是无意义的，因为没有内燃机废气的热能可通过膨胀机10转换成机械能或电能。但循环的结束也可通过内燃机或管路回路的其它工作条件来进行。
一旦一个或多个泵6，13成为空载运行时，在工作介质循环结束后管路回路4的该一个或多个泵6，13的继续工作也将结束。
在供给泵6的继续工作结束后管路24中的第二阀可被关闭，以防止工作介质由管路24及热交换器8回流到供给泵6。

Claims (8)

1.用于操作利用内燃机（2）余热的蒸汽循环的方法，设有：一个管路回路（4），在该管路回路中可循环工作介质；至少一个泵（6，13）；至少一个热交换器（8）；一个膨胀机（10）；一个供水容器（14），以贮存液态的工作介质；一个冷凝器（12），其中，管路回路（4）的各组件通过液态工作介质的部分清空来作到防冻，其特征在于：在工作介质循环结束后使所述泵（6，13）的至少一个泵继续工作，以便至少由继续工作的泵（6，13）排空工作介质。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：工作介质循环的结束在内燃机停止后进行。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于：作为管路回路（4）的设置在供水容器（14）与热交换器（8）之间的供给泵（6）的泵在工作介质循环结束后继续地工作。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于：设置在供水容器（14）与供给泵（6）之间的第一阀（15）被关闭，以防止工作介质被由供水容器（14）中抽出。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于：设置在管路（24）中供给泵（6）与热交换器（8）之间的第二阀（28）被打开，由此使工作介质由泵（6）输送到管路（24）及热交换器（8）中。
6.根据权利要求1或2的方法，其特征在于：作为设置在冷凝器（12）与供水容器（14）之间的冷凝泵（13）的泵在工作介质循环结束后继续地工作，以便使工作介质至少由继续工作的冷凝泵（13）及冷凝器（12）输送到供水容器（14）。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于：设置在供水容器（14）与供给泵（6）之间的第一阀（15）被关闭，以防止工作介质被由供水容器（14）输送到供给泵（6）。
8.根据权利要求1或2的方法，其特征在于：在工作介质循环结束后不仅是作为管路回路（4）的设置在供水容器（14）与热交换器（8）之间的供给泵（6）的泵，而且作为设置在冷凝器（12）与供水容器（14）之间的冷凝泵（13）的泵将继续地工作，以便至少由这两个继续工作的泵（6，13）排空工作介质。
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