(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に自動車両のドライブトレインであって、該ドライブレインは、
熱流生成駆動モーター（１）を有し、
蒸気回路（６）に蒸気エンジン（１０）を有し、前記蒸気回路で作動流体を蒸発させ、かつ前記蒸気エンジン（１０）で膨張し、
前記作動流体を蒸発させるように、前記蒸気回路（６）に配置され、かつ前記熱流の少なくとも一部によって動作する第１蒸発器（５）を有し、
前記第１蒸発器（５）は、液体の作動流体の入口と、蒸発した作動流体の出口（９）と、を備え、
前記第１蒸発器（５）が補助出口（８）をさらに備え、加熱された作動流体の一部が前記入口を通り前記第１蒸発器（５）へ誘導され、かつ前記蒸発器（５）内の残留作動流体が前記熱流によってさらに蒸発する前に、前記補助出口を介して前記熱流と共に排出されることを特徴とするドライブトレイン。
【請求項２】
前記補助出口（８）を介して排出される前記作動流体が、液体状態であり、かつ前記出口（９）を介して排出される前記作動流体が、特に完全に蒸発した状態であることを特徴とする、請求項１に記載のドライブトレイン。
【請求項３】
第２蒸発器（７）が配置され、前記補助出口（８）を介して排出される前記作動流体が第２熱流によって蒸発することを特徴とする、請求項１または２に記載のドライブトレイン。
【請求項４】
前記駆動モーター（１）が内燃機関として設計され、該内燃機関は、前記熱流の少なくとも一部を案内する排ガス流（２）を生成し、該排ガス流から一部が排ガス再循環（３）を介して前記内燃機関の新鮮な空気側（４）に戻り、かつ前記第１蒸発器（５）が前記排ガス再循環（３）内に配置され、前記排ガス再循環（３）の前記排ガスの前記熱流にさらされることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のドライブトレイン。
【請求項５】
前記第２蒸発器（７）が前記排ガス再循環（３）の外側の前記排ガス流（２）に、特に、流れ方向において前記排ガス再循環（３）に至る分岐より後ろに配置されていることを特徴とする、請求項３または４に記載のドライブトレイン。
【請求項６】
特に自動車両のドライブトレインであって、該ドライブトレインは、
熱流生成駆動モーター（１）を有し、
蒸気回路（６）に蒸気エンジン（１０）を有し前記蒸気回路で作動流体を蒸発させ、かつ前記蒸気エンジン（１０）で膨張し、
前記駆動モーター（１）が内燃機関として設計され、該内燃機関は、前記熱流の少なくとも一部を案内する排ガス流（２）を生成し、該排ガス流から一部が排ガス再循環（３）を介して前記内燃機関の新鮮な空気側（４）に戻り、かつ
第１蒸発器（５）が前記排ガス再循環（３）に配置され、前記熱流にさらされ、
第２蒸発器（７）が前記排ガス再循環（３）の前記第１蒸発器（５）より下流の前記排ガス再循環（３）に配置され、前記２蒸発器は、前記排ガス再循環（３）の前記第１蒸発器（５）を通り誘導された前記作動流体の一部によって動作し、かつ前記作動媒体の残留部分は、前記第２蒸発器（７）を越えてバイパスに迂回し、かつ前記第２蒸発器（７）の後ろで、前記第２蒸発器（７）を通り誘導された前記一部と再度混合されることを特徴とするドライブトレイン。
【請求項７】
前記作動流体を蒸発させるために前記排ガス流（２）から出た熱流に特にまたさらされる追加的な蒸発器（１４）が前記バイパスに配置され、前記追加的な蒸発器（１４）は、前記排ガス再循環（３）の外に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のドライブトレイン。
【請求項８】
前記作動流体の前記流れ方向において、前記排ガス再循環（３）の前記第１蒸発器（５）の上流の前記蒸気回路（６）に体積流量調整弁および／または圧力調整弁があり、該弁によって、前記第１蒸発器（５）に入る前記作動流体の体積流量率および／または前記第１蒸発器（５）の入口における前記作動流体の圧力を制御または調整することができることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のドライブトレイン。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の補助出口（８）を介して、または請求項６または７に記載のバイパスに入り、誘導される前記作動流体の体積流量率を弁によって変えることができ、および／または請求項１〜５のいずれか一項に記載の出口（９）を介して、または請求項６または７に記載の第２蒸発器（７）の方向に、誘導される前記作動流体の体積流量率を弁によって変えることができることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のドライブトレイン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に自動車両用のドライブトレインに関し、該ドライブトレインにおいて、駆動モーターによって生成された熱流は、作動流体を蒸発させるために使用され、かつ蒸発した作動流体が、蒸気エンジン内で膨張して、追加的な駆動電力を生成する。
【背景技術】
【０００２】
上述のタイプの駆動装置は、数十年の間当業者によって知られており、かつその間さらに著しい発展をしてきた。内燃機関によって駆動される車両、特に、鉄道車両または大型トラック、の最適なエネルギー消費に関する今日のより厳しい要求により、このような駆動装置は、最近商業的な関心が高まっている。これに関連し、蒸気の発生のために、廃熱がドライブトレインの異なる位置において、例えば排ガスの流れ、いわゆる、内燃機関の排ガス再循環、または冷却回路において、使用されるという異なる実施形態が提案されてきた。我々はここで例えば特許文献１を参照する。
【０００３】
基本的な手法は、最大の廃熱リサイクルに利用可能であるが、廃熱リサイクルを最適化し、これによって燃料消費を減らし、および／または駆動モーターの電力を増加させると同時に将来の排ガス放出に関する厳しい要求に合わせるためにさらなる改善が連続的に必要である。
【０００４】
特許文献２は、内燃機関および蒸気エンジンからなる駆動装置を示し、該駆動装置において、蒸気エンジンは、別の水／蒸気回路によって作動され、該水／蒸気回路は、第１熱交換器を介して内燃機関の冷却水システムに結合し、かつ蒸発器として動作する熱交換器を介して誘導され、それを通じて内燃機関の排ガスが誘導される。排ガスにおける蒸気の発生は、制御されたポンプによって調整することができ、それによって排ガス熱交換器に注入される水の量を投入することができる。
【０００５】
特許文献３は、異なる温度レベルで動く複数の蒸発器を有する内燃機関の熱回収システムを示している。
【０００６】
特許文献４は、冷却剤の少なくとも一部が蒸発室に誘導され、そこで蒸発するのに対して、液冷式の熱機械のエネルギー消費を改善する方法を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００４／０３３８５９号パンフレット
【特許文献２】独国特許発明第３１４８２０８号明細書
【特許文献３】欧州特許第１２４９５８０号明細書
【特許文献４】米国特許第５６０９０２９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、最先端の技術に関する前記要求に対して改善された、特に鉄道車両またはトラックなどの自動車両用のドライブトレインを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、独立請求項の特徴を有するドライブトレインによって達成される。本発明の利点および特に適切な実施形態は、従属請求項に開示される。
【００１０】
本発明によるドライブトレインは、特に例えば軌道車両またはトラックの自動車両用のドライブトレインとして使用することができるが、また個別車両、船上、または固定設備などの他のドライブトレインとして使用することができ、熱流生成駆動モーターを備える。駆動モーターが内燃機関として設計される場合、熱流は例えば排ガスに収容されることができる。内燃機関または例えば電気モーターまたは燃料電池などの他のエンジンとして設計されているかどうかに関わらず、例えば駆動モーターの冷却回路内などの他の熱流も使用することができる。
【００１１】
本発明によると、蒸気エンジンが蒸気回路に設けられ、作動流体が蒸気回路内で蒸発し、そして蒸気エンジン内で膨張する。通常、作動媒体のために貯蔵タンクまたは補償容器および凝縮器がまた蒸気回路内に設けられている。
【００１２】
本発明による蒸気回路は、作動流体が蒸発するように、この例においては、第１蒸発器と称される少なくとも１つの蒸発器、駆動モーターの熱流の少なくとも一部分によってさらされる、好都合には複数の蒸発器、を含む。また蒸発の一部は、特定の場合に、追加的な蒸発器における後の相転移のための作動流体の加熱を含む。
【００１３】
本発明の第１実施形態によると、蒸発器（第１蒸発器）は、液体の作動流体の入口、および蒸発した作動流体の出口を備える。蒸発した作動流体とは、前記の文脈では、部分的に蒸発した、という意味だが、本発明の構成により、完全に蒸発した、および過熱された作動流体という意味でもある。
【００１４】
この実施形態の形によると、（第１）蒸発器は、さらなる補助出口を含み、これを介して加熱された作動流体の一部が入口を通り、第１蒸発器へ誘導され、かつ蒸発器の残留作動流体が熱流によってさらに蒸発する前に、熱流を伴って排出される。ここでまた、さらなる蒸発は、作動流体の相転移を含む必要がないが、しかし含むこともできる。
【００１５】
特に好都合に、蒸発器の補助出口を介して排出される作動流体は、液体状態であるのに対して、逆に次のステップの作動流体は、蒸発器においてさらに蒸発され、そして特に、完全に蒸発した状態、または過熱された状態で出口を介して排出される。
【００１６】
好都合な実施形態によると、説明された（第１）蒸発器に加えて第２蒸発器が設けられ、そこにおいて補助出口を介して排出された作動流体は、第２熱流によって蒸発する。したがって、また第２熱流が駆動モーターを介して生成され、かつ例えば排ガスまたは冷却回路に移送される。駆動モーターが、少なくとも一部分の熱流を生じる排ガス流を生成し、そこから一部が排ガス再循環を介して内燃機関の新鮮な空気側へ戻る内燃機関として設計されている場合、第１蒸発器は、例えば排ガス再循環に配置されることができ、かつ排ガス再循環の排ガスの熱流にさらされ、しかも、排ガス再循環の外側の排ガス流、特に排ガス再循環に通じる分岐より後ろの流れ方向に、第２蒸発器を好都合に配置することができる。
【００１７】
この構成は、一方で、特に有効な作動流体の蒸発を得ることができ、他方で排ガス再循環の排ガスを大幅に冷却することができる。特に大量の液体状態の作動流体であって、比較的小さい比体積を含む作動流体は、結果として蒸発器に誘導され、かつ排ガス流から出る熱にさらされる。ここで、蒸発中に作動流体の比体積が著しく増加する前に、作動流体の一部が再度補助出口を介して蒸発器から排出される。これは、部分的な、または完全な作動流体の相転移が起こる蒸発器の領域において、これまでより多くの液体の作動流体が蒸発器に導入されるが、作動媒体の流れ断面が従来の蒸発器と比較して設計上大きくなるべきではないということを意味する。
【００１８】
本発明の代替実施形態によると、第１蒸発器が内燃機関として設計された駆動モーターの排ガス再循環に配置され、作動流体を蒸発させるために第２蒸発器が排ガス再循環の第１蒸発器より後ろに配置される。第２蒸発器には、結果的に第１蒸発器を通って流れ、かつそこで熱流にさらされた作動流体の一部が通過する。逆に残留部分は第２蒸発器を越してバイパスに迂回し、および第２蒸発器の後ろで第２蒸発器を通って誘導された部分と再度混合される。蒸発器の後ろとは、ここでは蒸発器の直後、および作動流体回路の流れ方向におけるさらに下流、追加的に配置された装置の後ろを意味することができる。また、バイパスを通じて流れる作動流体の一部を同様に作動流体回路の凝縮器、または貯蔵タンクに運ぶことが可能である。蒸気回路に追加的なフィードバック点が存在する場合がある。
【００１９】
特に好都合に、第２蒸発器に至るバイパスは、特にまた作動流体を蒸発させるために排ガス流から出る熱流にさらされる、さらなる（第３）蒸発器を備える。しかし、追加的な蒸発器は、好都合に排ガス再循環の外側、例えば排ガスの流れ方向において排ガス再循環への分岐より後ろの排ガス流に配置される。
【００２０】
本発明による両方の実施形態において、排ガスは、排ガス再循環から排出される前に、比較的大量の作動流体の流れを介して排ガス再循環のより広範囲において冷却されることができる。これは、将来の排ガス要求に関する基本的な必要条件である。逆に、排ガス再循環内の熱量は、第一に排ガス再循環と熱伝達接触するようもたらされた作動流体の質量流を蒸発、およびことによると過熱させるために常に十分である必要はない。結果として、本発明は、将来の排ガス要求に確実に合致することができる一方、同時に存在する熱量を完全にリサイクルすることができる。
【００２１】
体積流量および／または作動流体の圧力は、蒸気回路内の１つ、またはいくつかの場所にて、特にそこに配置された弁または様々な設定装置によって好都合に制御、または調整されることができる。したがって、例えば補助出口から排出される作動流体の流れ、またはバイパスに導入される作動流体の流れの量を調整または制御することができる。さらに、圧力調整弁または流量調整弁によって第１蒸発器に入る作動流体の流れを制御または調整することができる。また、バイパスに誘導されない作動流体、または蒸発した作動流体のための出口を介して排出された作動流体の流れの流量および／または圧力を対応する弁または他の制御部材によって変えることができる。
【００２２】
ここで説明された蒸発器と一緒に、また熱を作動流体に伝える、または熱を作動流体から抽出する追加的な熱伝達装置を設けることができる。熱伝達装置は、例えば第１の場合では、作動流体を加熱する給気冷却システムとして使用することができる。
【００２３】
本発明は、ここで２つの例示的な実施形態を用いて説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明により設計されたドライブトレインの第１の例示的な実施形態を示す。
【図２】本発明により設計されたドライブトレインの第２の例示的な実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、排ガス流２を生成する、駆動モーター１を有するドライブトレインを図式的に表す。内燃機関として設計された駆動モーターにはよくあることだが、排ガス流２は、駆動モーター１の熱流を自然に案内する。
【００２６】
排ガス流２の一部は、排ガス再循環３を介して駆動モーター１の新鮮な空気側４に誘導される。当業者にはわかるように、この目的は、駆動モーター１の排ガス流２の排出を減らすことである。
【００２７】
蒸気回路６の第１蒸発器５は、排ガス再循環３に配置される。蒸気回路６の作動流体は、前記第１熱交換器５内で少なくとも部分的に蒸発し、ここで部分的な蒸発とは、液体の作動流体の相転移がない加熱をまた、または特に、意味する。
【００２８】
第１蒸発器５に流れる蒸気回路６の作動流体の一部のみが、補助出口８を介して蒸発器５から分岐し、かつ排ガスの排ガス再循環３への迂回を有する分岐より後ろの排ガス流２に配置された第２蒸発器７へ運ばれる。第１蒸発器の補助出口８を介して分岐されない作動流体は、第１蒸発器内でさらに蒸発し、かつ特に部分的に、または完全に蒸発した状態の蒸発した作動流体のための出口９を介して第１蒸発器５から出る。
【００２９】
出口９から出た作動流体の流れは、第２蒸発器７から出た作動流体の流れと再度混合され、共に蒸気エンジン１０に運ばれる。必要であれば、１つ、または複数の追加的な蒸発器によってさらなる熱を作動流体にあらかじめ伝えることができる。
【００３０】
運ばれた作動流体は、特に自動車両のドライブトレインを駆動するために使用されることができる膨張下において蒸気エンジン１０内にて仕事をし、自動車両ドライブトレインの場合、駆動モーター１の駆動力を補足するために、または例えば発電機などの追加の装置を駆動するために使用することができる。
【００３１】
蒸気エンジンから出た作動流体は、凝縮器１１内で凝縮され、収集タンク１２に戻る。供給ポンプ１３は、液体の作動流体を前記収集タンク１２から再度第１蒸発器５の方向へ送る。しかし、ここに示された実施形態の形からの逸脱において、収集タンク１２を別の位置に設けることができる、または明確な制約下においてはなしで済ますことができる。
【００３２】
図２による実施形態は、排ガスの流れ方向、および排ガス再循環３において互いの後ろの作動流体の流れ方向に２つの蒸発器が配置されることが、図１と異なる。この場合、第１蒸発器５から出た作動流体の一部は分岐され、かつ第２蒸発器７を周るバイパスを介して誘導される。結果として、排ガス再循環３の第１蒸発器５に誘導された作動流体の全ては、排ガス再循環３の第２蒸発器７で蒸発せず、むしろ、一部は、排ガス再循環３に至る分岐の後ろの排ガス流２に配置された第３蒸発器１４に運ばれ、かつそこで排ガス流２から出た熱にさらされる。その後、第３蒸発器１４から出た作動流体は、第２蒸発器７から出た作動流体と混合され、そして蒸気エンジン１０に運ばれる。
【００３３】
図２による実施形態において、２つの蒸発器５，７は、したがって排ガス再循環３において使用され、かつ蒸発器の任意の補助出口を不要とすることができる。もちろん図１および図２による実施形態を合わせて、補助出口を有する図１の説明による第１蒸発器５または第２蒸発器７を設けることも可能である。
【００３４】
駆動モーターが、一段または多段ターボチャージャーまたはターボ合成システムによってチャージされることに関わらず、ここで説明された本発明を使用することができる。むしろ、これら前述の対策に加えて、または代替として、本発明を使用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１  駆動モーター
２  排ガス流
３  排ガス再循環
４  新鮮な空気側
５  第１蒸発器
６  蒸気回路
７  第２蒸発器
８  補助出口
９  出口
１０  蒸気エンジン
１１  凝縮器
１２  収集タンク
１３  供給ポンプ
１４  第３蒸発器
【図１】
0005589194.tif 000002
【図２】
0005589194.tif 000003