[发明专利]用于控制在根据兰金循环运行的闭合环路内工作流体的装置及使用所述装置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于控制在工作在兰金循环的闭合环路中循环的工作流体的装置，以及一种使用所述装置方法。

众所周知，兰金循环是热力学循环，其中来自外部热源的热量传送到包含工作流体的闭合环路。

这种循环通常分解成具有低凝固点的工作流体(通常为水)以等熵的方式被压缩的阶段以及该被压缩的水在与热源接触时被加热并汽化的后一阶段。然后，该蒸汽在另一阶段中等熵的方式在膨胀机内膨胀，然后在最后阶段中，该膨胀的蒸汽在与冷源接触时被冷却并冷凝。

为了执行这些阶段，所述环路包括用于将所述水压缩为液态并使之在该环路中循环的正排量泵、用于至少部分地汽化所述压缩的水的被热流体扫掠的热交换器(或者蒸发器)、用于膨胀所述水蒸汽的膨胀机(例如将该水蒸汽的能量转化为诸如机械能或者电能等其他能量的涡轮机)以及其他热交换器(或者冷凝器)，通过该其他热交换器，所述水蒸汽中的热被冷源(通常为扫掠该冷凝器的外部空气)吸收从而将该水蒸汽转化为液态的水。

背景技术

同样众所周知(特别是通过文献FR2884555)，使用由内燃机(尤其是用于机动车辆的内燃机)的废气传递的热能作为热源供热并蒸发流经蒸发器的流体。

这允许通过回收大部分在排气时损失的能量而改进该内燃机的能效，从而通过兰金循环环路将这些能量转化为可被用于机动车辆的能量。

众所周知，使用兰金循环环路中的水性工作流体提供如下优点：在具有不危险的优点的同时具有允许获得最大的饱和曲线的特性。

然而，这种水具有特定的特征，即具有低温(大约0℃)的凝固点，并且诸如乙二醇的防冻添加剂通常被添加到这种水中以降低其凝固点到可接受的温度水平(在-15℃至-30℃的量值上)。

添加这些添加剂具有缺点，缺点是改变了水的特性，尤其是其汽化特性，并且来自废气的热源可能不足以以令人满意的方式进行汽化。

此外，经过一段时间，这种含有添加剂的水会随着发生液相/汽相变化而产生不可预知的老化。这种不可预知的老化可导致这些水的不完全相变，并产生兰金循环环路的功能异常。

在其他类型的兰金循环闭合环路中，这种含添加剂的水被具有良好的能量回收性能的纯水代替。

然而，当环境空气处于非常低的温度时，使用这种纯水并不以任何方式防止凝固。

凝固可对环路组成成分产生不可逆转的破坏，例如换热器开裂、泵损坏乃至所述组成成分的连结管道炸裂。

例如在法国专利申请号2956153中较好描述的，申请人通过提供阻止这些水凝固的装置及方法来克服这些缺点。

当该环路静止时，所述工作流体由此从所述闭合环路中排出并被收集到贮存箱体中。

申请人进一步地改进了该装置，从而在不使用循环泵的情况下以简单而经济的方式帮助所述闭合环路排空，以阻止所述水凝固。事实上，所述闭合环路的循环泵在功能上不允许完全排空和充满该环路，其技术常常需要加载下的单向操作。

发明内容

本发明因此涉及一种用于控制在工作在兰金循环的闭合环路中循环的具有低凝固点的工作流体的装置，所述闭合环路包括使所述流体处于液体形式的压缩/循环泵、用于蒸发所述流体且由热源扫掠的热交换器、用于使所述流体处于蒸汽形式的膨胀装置、用于冻结所述工作流体且由冷源扫掠的冷交换器、工作流体箱体以及工作流体循环管路，其特征在于所述箱体连接到低压发生器。

所述低压发生器可以是真空泵。

所述闭合环路可包括受控的通气装置。

所述闭合环路的循环管路中的至少一个可包括受控的通气装置。

所述箱体可包括用于所述箱体内部的受控的通气装置。

所述闭合环路可包括泵旁路回路。

所述旁路回路可包括承载受控的节流装置的旁路管路。

所述箱体可包括用于容纳在箱体中的流体的温度检测器。

所述闭合环路可包括靠近所述泵的入口设置的温度检测器。

所述闭合环路可包括一个循环管路和另一个循环管路，所述一个循环管路承载用于将冷凝器出口连接到箱体入口的受控的节流装置，所述另一个循环管路承载用于将箱体出口连接到泵入口的受控的节流装置。

所述工作流体可以是不含防冻添加剂的水。