(57)【要約】  本発明は、熱エネルギーを機械的エネルギーに変換するための装置及び方法に関する。この装置は、ライン回路３と、ライン回路３内で冷媒を循環させるための循環手段４と、冷媒が熱源７によって蒸発させられることが意図された蒸発器６と、蒸発させられた冷媒によって駆動されるように適合されたタービン９と、冷媒が凝縮するように冷却されることが意図された凝縮器１２と、ライン回路３で循環されていない冷媒を貯蔵するための蓄積器タンク１４とを有する。この装置は、冷媒によるライン回路３の充填度であって、普及動作条件においてタービン９が実質的に最適な効果を達成する充填度を推定し、そして推定した冷媒の充填度がライン回路３内で達成されるようにライン回路３と蓄積器タンク１４との間の冷媒の流量を制御するように適合された制御手段を有する。
2014501874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱エネルギーを機械的エネルギーに変換するための装置であって、
ライン回路（３）と、
前記ライン回路（３）内で冷媒を循環させるための循環手段（４）と、
前記冷媒が熱源（７）によって蒸発させられることが意図された蒸発器（６）と、
前記蒸発させられた冷媒によって駆動されるように適合されたタービン（９）と、
前記冷媒が冷却されて凝縮することが意図された凝縮器（１２）と、
前記ライン回路（３）で循環されていない前記冷媒を貯蔵するための蓄積器タンク（１４）と
を有する装置において、
前記装置が制御手段を有し、該制御手段は、冷媒による前記ライン回路（３）の充填度であって、普及動作条件において前記タービン（９）が実質的に最適な効果を達成する充填度を推定し、そして前記推定した冷媒による充填度が前記ライン回路（３）内で達成されるように前記ライン回路（３）と前記蓄積器タンク（１４）との間の冷媒の流量を制御するように適合されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記制御手段は、冷媒による前記ライン回路（３）の充填度であって、前記蒸発器（６）内に導かれた前記冷媒に実質的にいかなる付加冷却もない充填度を推定するように適合されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記循環手段は、前記ライン回路（３）内の前記凝縮器（１２）と前記蒸発器（６）との間に置かれたポンプであることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記ライン回路（３）内の前記ポンプ（４）と前記蒸発器（６）との間に、前記冷媒が前記蒸発器（６）内に導かれる前に加温されることが意図された熱交換器（５）を有することを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記制御手段は、パラメータを検出する少なくとも１つのセンサー（１９、２０）から情報を受信するように適合された制御ユニット（２１）を有し、前記制御ユニット（２１）は、前記パラメータに基づいて、前記タービン（９）が実質的に最適な効果を達成する冷媒による充填度を推定することを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記センサーは、前記ライン回路（３）内の前記凝縮器（１２）と前記蒸発器（６）との間の位置で、前記冷媒の温度及び／又は圧力を監視するように適合されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記ライン・システム（３）と前記蓄積器タンク（１４）との間に延びる少なくとも１つのライン（１５、１７、２９）と、冷媒による前記ライン回路（３）の充填度が調節を必要とする場合に前記ライン回路（３）と前記蓄積器タンク（１４）との間に前記冷媒を導くように適合された流動手段（１６、１８、３０）とを有することを特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記ライン（１５、１７）は、前記冷媒が前記蓄積器タンク内の圧力とは異なる圧力である位置で前記ライン回路（３）に接続されること、及び前記流動手段は、閉鎖位置及び少なくとも１つの開放位置にすることができる弁（１６、１８）を前記ライン内（１５、１７）内に有することを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記流動手段は、前記ライン回路（３）と前記蓄積器タンク（１４）との間の前記ライン（２９）内に位置するポンプ（３０）を有することを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記熱源は、内燃機関（２）を動力源とする車両内の暖かい媒体の形態であることを特徴とする請求項１から９までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
ライン回路（３）によって熱エネルギーを機械的エネルギーに変換するための方法であって、前記ライン回路（３）が、
前記ライン回路（３）内で前記冷媒を循環させるためのポンプ（４）と、
前記冷媒が熱源（７）と接触して蒸発させられることが意図された蒸発器（６）と、
前記蒸発させられた冷媒によって駆動されるように適合されたタービン（９）と、
前記冷媒が凝縮するように冷却されることが意図された凝縮器（１２）と、
前記ライン回路（３）で循環されていない前記冷媒を貯蔵するための蓄積器タンク（１４）と
を有している方法において、
冷媒による前記ライン回路（３）の充填度であって、普及動作条件において前記タービン（９）が実質的に最適な効果を達成する充填度を推定するステップと、
前記推定した冷媒による充填度が前記ライン回路（３）内で達成されるように前記ライン回路（３）と前記蓄積器タンク（１４）との間の冷媒の流量を制御するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１及び１１の前提部分に記載の熱エネルギーを機械的エネルギーに変換するための装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料が車両の内燃機関内で燃焼するとき、化学エネルギーが機械的エネルギーに変換されて車両を推進する。しかし、化学エネルギーのかなりの部分は、さまざまな形で周囲に放出される熱エネルギーに変換される。この一例は、周囲に放出される排出ガス中の熱エネルギーである。別の例は、さまざまな種類の冷却デバイス中で能動的に冷却される車両内のさまざまな種類の暖まった媒体中に存在する熱エネルギーである。このような暖まった媒体の一例は、エンジン及び場合によっては車両の他のコンポーネントを冷却する冷却システム内の冷却液である。暖まった冷却液は、通常、車両の前部で周囲空気によってラジエーター内で冷却される。内燃機関の多くは過給されるため、圧縮空気を供給する必要がある。給気は、エンジン内に導かれる前に少なくとも１つの給気冷却器内で冷却される。窒素酸化物の放出量を減らすため、排出ガスの一部を再循環させるてもよい。再循環する排出ガスは、給気と混合され、エンジンなどの中に導かれる前に少なくとも１つのＥＧＲ冷却器内で冷却される。
【０００３】
米国特許出願公開第２００３／０１４５５８３号には、車両内のいわゆるＷＨＲ（ｗａｓｔｅ  ｈｅａｔ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ：廃熱回収）システムの一例が示されている。ＷＨＲシステムは、熱エネルギーを機械的エネルギーに変換するために使用される。ＷＨＲシステムは、ライン回路中で媒体を循環させるポンプを含む回路を備える。ライン回路は、エンジンの排出ガスからの熱によって水が蒸発する蒸発器、及び蒸気によって駆動されるタービンを備える。水蒸気が膨張してタービンを通るときに、水蒸気の熱エネルギーの一部は、機械的エネルギーに変換される。とりわけ、遊星歯車を備える動力伝達システムは、タービンの運動をエンジンの出力軸及び／又は電気エネルギー発生機に伝える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／０１４５５８３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、熱エネルギーを機械的エネルギーに効果的な方法で変換することができる装置を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、請求項１の特徴部分に示されている構成によって特徴付けられる、導入部で述べた種類の装置によって達成される。この装置は、従来のＷＨＲシステムの一部を形成する基本構成要素を備える。ＷＨＲシステムの効率性は、ライン回路に冷媒が満たされる程度によって変わる。ＷＨＲシステムへの冷媒の最適な充填は、通常、ＷＨＲシステムが最大負荷を受ける動作状態に関してその大きさが決まる。この結果、ＷＨＲシステムが最大負荷を受けない他の動作状態では、効率が下がる。本発明では、冷媒によるライン回路の充填度であって、普及動作条件においてタービンが実質的に最適な運転を達成する充填度を推定し、次いで、充填度を必要に応じてこの推定された値に調節する。これは、常にタービンの実質的に最適な運転をもたらし、また機械的エネルギーの実質的に最適な発生をもたらす充填度をライン回路が有することを意味している。
【０００７】
本発明の好ましい一実施例によれば、制御システムは、冷媒によるライン回路の充填度であって、蒸発器内に導かれる冷媒が付加冷却（ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｃｏｏｌｉｎｇ）を実質的に有しないような充填度を推定するように適合されている。そのような場合、蒸発プロセスが始まる前に冷媒を蒸発温度まで最初に加温することによって熱エネルギーを使い切る必要はない。したがって熱源からの熱エネルギーはすべて、冷媒を蒸発させること、及びそれをタービンに導く前に何らかの必要な付加加熱に曝すことに利用することができる。したがって、蒸発した冷媒により、タービンはすべての動作状態において実質的に最適な運転及び実質的に最適な機械的エネルギーの発生を達成することができる。
【０００８】
本発明の好ましい一実施例によれば、前記循環手段は、ライン回路内の凝縮器と蒸発器との間に置かれたポンプである。
【０００９】
ポンプが所望の形で機能するように、ポンプへ導かれる冷媒はすべて液状でなければならない。これが確実になされるように、凝縮器から出る冷媒は、所定の付加冷却を受けることが適切である。しかし、この付加冷却は、できる限り小さくなければならず、約１から３度程度であるものとしてよい。そのような場合、蒸発器へ導かれる冷媒は、可能な最小の付加冷却を有するものとしてよい。この大きさの付加冷却は、効率にわずかしか影響を及ぼさず、その結果、タービンの実質的に最適な運転が得られる。この装置は、ポンプと蒸発器との間のライン回路内に、冷媒を蒸発器内に導く前に加温することが意図された熱交換器を備えることができる。この場合、冷媒は、熱交換器内で、凝縮器内の付加冷却を補償する加温を受けるものとしてよい。次いで、冷媒が付加冷却なしで蒸発器内に導かれ得る。
【００１０】
本発明の好ましい一実施例によれば、前記制御手段は、パラメータを監視する少なくとも１つのセンサーから情報を受信するように適合された制御ユニットを備え、制御ユニットは、このパラメータに基づいて、タービンが実質的に最適な効果をもたらす冷媒の充填度を推定する。制御ユニットは、この目的に適したソフトウェアを備えるコンピュータユニットであってよい。前記センサーは、ライン回路内の凝縮器と蒸発器との間の位置で、冷媒の温度及び／又は圧力を監視するように適合され得る。冷媒の圧力及び温度がわかれば、例えばモリエ線図を使って、付加冷却の量を決定することが可能である。代替的に、制御ユニットは、パラメータを検出するセンサーから情報を受信することができ、このパラメータに基づいて、蒸発器及び／又は凝縮器にかかる電流負荷を推定することができる。この場合、制御ユニットは、蒸発器及び／又は凝縮器に異なる負荷がかかっているときの冷媒の適切な充填度に関する記憶情報を含むことができる。
【００１１】
本発明の別の好ましい実施例によれば、前記制御手段は、ライン・システムと蓄積器タンクとの間に延在する少なくとも１つのラインと、ライン回路への冷媒の充填度が調節を必要とする場合にライン回路と蓄積器タンクとの間に冷媒を導くように適合された流動手段とを備える。このようなラインにより、異なる動作状態で、ライン回路への冷媒の充填度を容易に、且つ効果的に調節することが可能になる。前記ラインは、冷媒が蓄積器タンク内の圧力と異なる圧力である位置でライン回路に接続され、前記流動手段は、閉鎖状態及び少なくとも１つの開放状態にすることができる弁をライン内に備える。冷媒が蓄積器タンク内の圧力よりも低い圧力である位置でラインがライン回路に接続される場合、結果として、弁が開いたときにライン回路内に冷媒が補充される。冷媒が蓄積器タンク内の圧力より高い圧力である位置でラインがライン回路に接続される場合、結果として、弁が開いたときにライン回路から冷媒が排出される。代替的に、前記流動手段は、ライン回路と蓄積器タンクとの間のライン内に位置するポンプを備える。有利には、ポンプは可逆であり、これにより、ライン回路に冷媒を供給する目的とライン回路から排出する目的の両方に同じラインを使用することが可能である。
【００１２】
本発明の一実施例によれば、前記熱源は、内燃機関を動力源とする車両の暖かい媒体である。車両では、前述の装置に対する熱源として働くことができる多くの媒体がある。エンジンの排出ガスは、そのような熱源の１つである。他の可能な熱源としては、車両の冷却システム内で循環する冷却液が挙げられる。さらなる可能な熱源は、エンジンへ導かれる給気及び再循環する排出ガスである。これらの媒体の流量及び温度は、エンジンの動作状態が異なると変わる。上で定義されている装置では、タービンは、前述の媒体の流量及び温度が変わる場合であっても十分に最適な運転を行うことが可能である。
【００１３】
導入の節で述べた目的は、請求項１１に記載の方法によっても達成される。この方法は、タービンが実質的に最適な効果を達成する冷媒の充填度を推定するステップと、推定した冷媒の充填度がライン・システム内で達成されるようにライン回路と蓄積器タンクとの間の冷媒の流量を制御するステップとを含む。
【００１４】
本発明の好ましい実施例は、添付図面を参照しつつ例として以下で説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】熱エネルギーを機械的エネルギーに変換するための装置を示す図である。
【図２】図１の装置を動作させるための方法を例示するフローチャートである。
【図３】熱エネルギーを機械的エネルギーに変換するための代替的実施例による装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、従来のＷＨＲ（廃熱回収）システムで使用される多数の構成要素を備えた装置を示している。ＷＨＲシステムは、熱エネルギーを機械的エネルギーに変換するためにさまざまな状況において使用される。この場合、この装置は、概略が示されている車両１内の内燃機関２から放出される排出ガス中の熱エネルギーから機械的エネルギーを抽出するために使用される。この装置は、循環する冷媒を伴うライン回路３を備える。冷媒は、ライン回路３内でポンプ４によって加圧されているときに液状である。ポンプ４は、冷媒をいわゆる復熱器であってよい熱交換器５に導く。冷媒は、熱交換器５から蒸発器６へ導かれる。冷媒は、エンジン２の排出ライン７に通される排出ガスによって蒸発器６内で加温される。排出ライン７内の排出ガスの温度及び流量は、エンジン２に対する負荷に応じて変化する。エンジン２がディーゼルエンジンである場合、排出ガスは、最高約６００〜７００℃の温度であるものとしてよい。
【００１７】
冷媒は、蒸発器６内で冷媒が蒸発するように排出ガスによる加温を受けることが意図されている。その結果得られるガス状冷媒は、蒸発器６から補助加熱器８へ導かれる。必要ならば、冷媒は、ここで、補助加熱器８内で追加加温を受け、タービン９に到達したときにはすべてがガス状になっているようにすることができる。次いで、冷媒は、タービン９を通して膨張する。冷媒の熱エネルギーの一部は、ここで、機械的エネルギーに変換される。タービン９は、この場合、発電機１０を駆動する。したがって、抽出された機械的エネルギーは、エネルギー貯蔵部１１内に貯蔵される電気エネルギーに変換される。貯蔵されている電気エネルギーは、有利には、車両１の推進のため、又は車両の構成要素を動作させるために使用されうる。代替的に、タービン９は、フライホイール、又は車両のパワー・トレインに接続可能な同様の機械的エネルギー貯蔵ユニットに接続することができる。フライホイールがパワー・トレインに接続されると、車両は、付加的な推進力を受ける。
【００１８】
この冷媒は、タービン９内で膨張したときに、低圧及び低温となる。次いで、このガス状冷媒は、前述の熱交換器５に通され、そこで、わずかな冷却を受ける。その後、ガス状冷媒は、凝縮器１２へ導かれ、そこで凝縮する温度まで冷却される。図示されている実例では、冷媒は、凝縮器１２内で空気によって周囲の温度に冷却される。エア・ファン１３は、周囲空気を引き込み凝縮器１２内に通す。こうして、ガス状冷媒は、凝縮器１２内で液体に変化する。冷えた冷却剤が利用可能である場合、ガス状冷媒を代わりに、凝縮器内の冷却剤で冷却することができる。液状冷媒は、凝縮器１２からポンプ４に引かれる。これにより、熱交換器５に達した液状冷媒は、凝縮器１２の上流の位置で熱交換器に通されたガス状冷媒より低い温度となる。こうして、液状冷媒は、熱交換器５内でわずかな加温を受けてから、蒸発器６に到達する。循環する冷媒は、タービン９内で圧力低下を受ける。ポンプ４は、対応する圧力上昇を冷媒にもたらす。したがって、冷媒は、ライン回路３内の冷媒混合物の循環の意図された方向に関して、ポンプ４からタービン９に延在するライン回路３の部分内の方がタービン９からポンプ４に延在するライン回路３の部分よりも高い圧力となる。タービン９により、排出ライン７内の排出ガスからの熱エネルギーを利用し、機械的エネルギーに変換することが可能である。機械的エネルギーは、この場合、発電機１１で電気エネルギーに変換される。機械的エネルギー又は電気エネルギーは、有利には、車両１を推進するために使用される。したがって、車両は、エンジン２に余分な燃料を供給することなくより多くの容量を確保することができる。
【００１９】
この装置は、ライン回路３で使用されていない冷媒を貯蔵するための蓄積器タンク１４も備える。蓄積器タンク１４は、蓄積器タンク１４内に液相及び気相の適当な量の冷媒があるような温度及び圧力で冷媒を貯蔵するように適合されている。この装置は、弁１６を伴う第１のライン１５を備える。第１のライン１５は、蓄積器タンク１４の上側部分から冷媒が蓄積器タンク１４よりも低い圧力となっているライン回路３の領域まで延在する。弁１６が開くと、ガス状冷媒が第１のライン１５を介して蓄積器タンク１４からライン回路３へ導かれる。この装置は、弁１８を伴う第２のライン１７を備える。第２のライン１７は、蓄積器タンク１４の下側部分から冷媒が蓄積器タンク１４よりも高い圧力となっているライン回路３の領域まで延在する。弁１８が開くと、液状冷媒がタービン９を介してライン回路３から蓄積器タンク１４へ導かれる。温度センサー１９及び圧力センサー２０が、凝縮器１２の下流及びポンプ４の上流の位置でライン回路３内に置かれている。制御ユニット２１は、動作中に温度センサー１９及び圧力センサー２０から情報を受信するように適合されている。制御ユニット２１は、弁１６、１８のうちの一方を開き、ライン回路３の冷媒の充填度を調節するように適合されている。
【００２０】
エンジン２にかかる負荷が変化すると、排出ライン７内の排出ガスの流量及び温度も変化する。エンジン２に大きい負荷がかかる動作状態だと、結果として、排出ガスが高い温度で大量に排出ライン７内を貫流する。このような動作状態では、タービン９は、排出ガスから比較的大量の熱エネルギーを回収することができる。エンジン２にかかる負荷が低いと、その結果、著しく少ない量の排出ガスが低い温度で排出ライン７内を貫流する。このような動作状態では、タービン９が排出ガスから回収することができる熱エネルギーは著しく少ない。しかしながら、すべての動作状態において排出ガスから可能な限り多くの熱エネルギーを回収することが望ましい。熱エネルギーの最適な回収は、蒸発器６内に導かれる液状冷媒が付加冷却を有していないときに達成される。そのような場合、蒸発器６内の冷媒を蒸発温度まで加温するために排出ガスからの熱エネルギーを実質的に使用する必要がなく、したがって排出ガスからの熱エネルギーの実質的にすべてを、蒸発器６内の冷媒を蒸発させるために使用することができる。この場合、最適な量の熱エネルギーがタービン９内で機械的エネルギーに変換されうる。
【００２１】
図２は、図１の装置の動作時の方法を例示するフローチャートである。プロセスは、ステップ２２から開始する。動作中に、制御ユニット２１は、ステップ２３で、温度センサー１９及び圧力センサー２０から冷媒の温度ｔ及び圧力ｐに関する情報を受信する。温度センサー１９及び圧力センサー２０は、ライン回路３内の冷媒の流れの意図された方向に関して凝縮器１２の下流及びポンプ４の上流のライン回路３内の位置に置かれている。この情報に基づき、制御ユニットは、例えば特定の冷媒に対するモリエ線図を使って、凝縮器１２内の付加冷却Δｔを推定することができる。液状の冷媒がポンプ４に到達することのないようにするために、少数度の基準値Δｔｒｅｆの形態の付加冷却が許容可能であってもよい。凝縮器内の付加冷却Δｔｒｅｆの基準値は、有利には、熱交換器５内で冷媒が受ける温度上昇に一致する。これにより、付加冷却なしで液状冷媒を蒸発器６内に導くことが可能である。制御ユニット２１は、ステップ２５で、冷媒のそれぞれの付加冷却Δｔが基準値Δｔｒｅｆに一致するかどうかを比較する。一致する場合、制御ユニット２１は、ライン回路３内の冷媒の量が正しいと判定する。次いで、プロセスは、ステップ２２から再び開始する。
【００２２】
制御ユニット２１が、付加冷却Δｔが基準値Δｔｒｅｆに等しくないと判定した場合、この方法はステップ２６に進み、そこで、制御ユニット２１は、付加冷却Δｔが基準値Δｔｒｅｆに関して小さすぎるか、又は大きすぎるかを決定する。凝縮器１２内の冷媒の付加冷却Δｔが大きすぎる場合、制御ユニット２１は、ステップ２７で、第１のライン１５内の弁１６を開く。したがって、第１のライン１５は、蓄積器タンク１４に比べて圧力が低いライン回路３の部分に接続される。したがって、ガス状冷媒は、弁１６が開くとライン回路３内に引き込まれる。制御ユニット２１は、ステップ２７で、現在の付加冷却Δｔと基準値Δｔｒｅｆとの間の差をなくすために冷媒をどれだけ追加する必要があるかを推定することもできる。制御ユニット２１は、推定された量の冷媒が追加されるように一定期間の間第１の弁１６を開いたままにすることができる。次いで、この方法は、ステップ２２から再び開始する。ライン回路３内で冷媒の量が増えると、凝縮器１２内に蓄積する冷媒がよりいっそう増え、凝縮器１２を出る冷媒の付加冷却は減る。
【００２３】
凝縮器１２内の冷媒の付加冷却Δｔが小さすぎる場合、制御ユニット２１は、ステップ２８で、第２のライン１７内の弁１８を開く。したがって、第２のライン１７は、蓄積器タンク１４に比べて圧力が高いライン回路３の部分に接続される。したがって、液状冷媒は、弁１８が開くとライン回路３から蓄積器タンク１４内に押し込まれる。制御ユニット２１は、ステップ２８で、各付加冷却Δｔと基準値Δｔｒｅｆとの間の差をなくすためにライン回路３から冷媒をどれだけ引き出す必要があるかを推定することもできる。制御ユニット２１は、推定された量の冷媒がライン回路３から引き出されるように一定期間の間弁１８を開いたままにすることができる。次いで、この方法は、ステップ２２から再び開始する。ライン回路３内で冷媒の量が減ると、凝縮器１２内に蓄積する冷媒がよりいっそう減り、凝縮器１２を出る冷媒の付加冷却は増える。次いで、この方法は、ステップ２２から再び開始する。
【００２４】
図３は、この装置の代替的実施例を示す。この場合、蓄積器１４はライン２９によってライン回路３に接続される。可逆ポンプ３０がライン２９内に備えられている。制御ユニット２１は、ここで、ライン回路３の冷媒の充填度が増減するようにポンプ３０を制御することができる。この場合、制御ユニット２１は、熱交換器５の下流及び蒸発器６の上流の位置でライン回路３内に置かれている温度センサー１９及び圧力センサー２０から情報を受信する。次いで、制御ユニット２１は、蒸発器へ導かれる液状冷媒が付加冷却を有しているかどうかを直接決定することができる。
【００２５】
本発明は、決して、図面で参照されている実施例に限定されず、請求項の範囲内で自由に変更することができる。図示されている実施例では、排出ガス中の熱は、冷媒を蒸発させ、タービンを駆動するための熱源として利用される。しかしながら、蒸発器６内の冷媒を蒸発させるために任意の所望の熱源、特に、熱出力が変化し、冷却を必要とする熱源を使用することが可能である。このような熱源は、車両の冷却システム内の冷却液、過給器付き内燃機関へ導かれる給気、及び再循環する排出ガスとすることができる場合もある。
【図１】
2014501874.tif 000003
【図２】
2014501874.tif 000004
【図３】
2014501874.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成24年11月29日(2012.11.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱エネルギーを機械的エネルギーに変換するための装置であって、
ライン回路（３）と、
前記ライン回路（３）内で冷媒を循環させるための循環手段（４）と、
前記冷媒が熱源（７）によって蒸発させられることが意図された蒸発器（６）と、
前記蒸発させられた冷媒によって駆動されるように適合されたタービン（９）と、
前記冷媒が冷却されて凝縮することが意図された凝縮器（１２）と、
前記ライン回路（３）で循環されていない前記冷媒を貯蔵するための蓄積器タンク（１４）と、
制御手段と
を有し、
前記制御手段は、冷媒による前記ライン回路（３）の充填度であって、普及動作条件において前記タービン（９）が実質的に最適な効果を達成する充填度を推定するように、また前記推定した冷媒による充填度が前記ライン回路（３）内で達成されるように前記ライン回路（３）と前記蓄積器タンク（１４）との間の冷媒の流れを制御するように適合されており、それにより前記制御手段は、前記ライン・システム（３）及び前記蓄積器タンク（１４）の間に延びるライン（１５、２９）と、冷媒による前記ライン回路（３）の充填度を上げる必要がある場合に前記蓄積器タンク（１４）から前記ライン回路（３）に前記冷媒を導くように適合された流動手段（１６、３０）と、前記ライン・システム（３）及び前記蓄積器タンク（１４）の間に延びるライン（１７）と、冷媒による前記ライン回路（３）の充填度を下げる必要がある場合に前記ライン回路（３）から前記蓄積器タンク（１４）に前記冷媒を導くように適合された流動手段（１６、１８、３０）とを有している
装置において、
前記蓄積器タンク（１４）から前記ライン回路（３）に前記ライン（１５、２９）を通して前記冷媒を導く前記流動手段（１６、３０）は、前記蓄積器タンク（１４）から、前記冷媒がガス相である前記ライン回路（３）の領域にガス状の冷媒を導くように適合されており、或いは前記蓄積器タンク（１４）から、前記冷媒が液相である前記ライン回路（３）の領域に液状の冷媒を導くように適合されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記制御手段は、冷媒による前記ライン回路（３）の充填度であって、前記蒸発器（６）内に導かれた前記冷媒に実質的にいかなる付加冷却もない充填度を推定するように適合されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記循環手段は、前記ライン回路（３）内の前記凝縮器（１２）と前記蒸発器（６）との間に置かれたポンプであることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記ライン回路（３）内の前記ポンプ（４）と前記蒸発器（６）との間に、前記冷媒が前記蒸発器（６）内に導かれる前に加温されることが意図された熱交換器（５）を有することを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記制御手段は、パラメータを検出する少なくとも１つのセンサー（１９、２０）から情報を受信するように適合された制御ユニット（２１）を有し、前記制御ユニット（２１）は、前記パラメータに基づいて、前記タービン（９）が実質的に最適な効果を達成する冷媒による充填度を推定することを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記センサーは、前記ライン回路（３）内の前記凝縮器（１２）と前記蒸発器（６）との間の位置で、前記冷媒の温度及び／又は圧力を監視するように適合されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ライン（１５、１７）は、前記冷媒が前記蓄積器タンク内の圧力とは異なる圧力である位置で前記ライン回路（３）に接続されること、及び前記流動手段は、閉鎖位置及び少なくとも１つの開放位置にすることができる弁（１６、１８）を前記ライン内（１５、１７）内に有することを特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記流動手段は、前記ライン回路（３）と前記蓄積器タンク（１４）との間の前記ライン（２９）内に位置するポンプ（３０）を有することを特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記熱源は、内燃機関（２）を動力源とする車両内の暖かい媒体の形態であることを特徴とする請求項１から８までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
ライン回路（３）によって熱エネルギーを機械的エネルギーに変換するための方法であって、前記ライン回路（３）が、
前記ライン回路（３）内で前記冷媒を循環させるためのポンプ（４）と、
前記冷媒が熱源（７）と接触して蒸発させられることが意図された蒸発器（６）と、
前記蒸発させられた冷媒によって駆動されるように適合されたタービン（９）と、
前記冷媒が冷却されて凝縮することが意図された凝縮器（１２）と、
前記ライン回路（３）で循環されていない前記冷媒を貯蔵するための蓄積器タンク（１４）と
を有し、また前記方法が、
冷媒による前記ライン回路（３）の充填度であって、普及動作条件において前記タービン（９）が実質的に最適な効果を達成する充填度を推定するステップと、
冷媒による前記ライン回路（３）の充填度を上げる必要がある場合に前記冷媒を前記蓄積器タンク（１４）から前記ライン回路（３）に導くことによって、また冷媒による前記ライン回路（３）の充填度を下げる必要がある場合に前記ライン回路（３）から前記蓄積器タンク（１４）に前記冷媒を導くことによって、前記推定した冷媒による充填度が前記ライン回路（３）内で達成されるように前記ライン回路（３）と前記蓄積器タンク（１４）との間の冷媒の流れを制御するステップと
を有している方法において、
前記蓄積器タンク（１４）から、前記冷媒がガス相である前記ライン回路（３）の領域にガス状の冷媒を導くこと、又は前記蓄積器タンク（１４）から、前記冷媒が液相である前記ライン回路（３）の領域に液状の冷媒を導くことを特徴とする方法。
【国際調査報告】
2014501874.tif 000006
2014501874.tif 000007
2014501874.tif 000008
2014501874.tif 000009