(57)【要約】  本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関（１２）を含む車両（５００）における熱エネルギー回収システム（１００）に関する。本発明は、そのようなシステム（１００）を動作させる方法に関し、上記方法は、上記作動流体循環回路（１１）内の気相において、作動流体の圧力を検出するステップと、上記車両（５００）の異なる動作条件に依存する所定の複数の条件のうちの１つに適合するように上記圧力を調整するステップと、を含む。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス流（８０）を伝達する機構（１７）と、
前記排気ガス流（８０）から熱を回収するために前記排気ガス流（８０）内に配置された熱交換器（４）及び選択された濃度で第１の追加成分と混合した第１の基本成分を含有する作動流体を保持する作動流体循環回路（１１）を含む熱力学エンジン（１）と、
前記作動流体の少なくとも前記第１の追加成分の分量を蓄えるためのもので、前記作動流体循環回路（１１）に流体接続された第１の容器（４０）と、を含む車両（５００）用の排気ガスシステム（１００）において、
前記第１の容器（４０）は、前記作動流体循環回路（１１）内の気相にて前記熱交換器（４）の下流で接続され、さらに、前記作動流体循環回路（１１）内の前記気相における前記作動流体の圧力は、複数の所定の条件のうちの１つに適合されるように構成され、前記複数の所定の条件は、前記車両（５００）の異なる動作条件に依存する、
ことを特徴とする排気ガスシステム（１００）。
【請求項２】
前記作動流体循路（１１）内の前記気相において、前記熱交換器（４）の下流に配置された圧力検出器（１０２）をさらに含み、前記作動流体循環回路（１１）内の前記気相での前記作動流体の前記圧力の調節は、前記圧力検出器（１０２）によって検出された圧力に依存する、請求項１に記載の排気ガスシステム（１００）。
【請求項３】
前記作動流体循環回路（１１）内の前記気相での前記作動流体の前記圧力は、前記第１の基本成分に関連して前記第１の追加成分の前記選択された濃度を調節することによって調節される、請求項１又２に記載の排気ガスシステム（１００）。
【請求項４】
前記第１の基本成分に関連して前記第１の追加成分の前記選択された濃度は、温度センサによって検出された周囲温度に基づいて調節される、請求項１〜３の何れか１項に記載の排気ガスシステム（１００）。
【請求項５】
前記作動流体循環回路（１１）内の前記気相において、該作動流体循環回路（１１）に流体接続された第２の容器（５０）をさらに含み、
前記第１の容器（４０）は、前記所定の条件の１つで前記圧力の増加を可能にするように構成され、前記第２の容器（５０）は、前記所定の条件のうちの他の１つで前記圧力を減少させるように構成されている、請求項１〜４の何れか１項に記載の排気ガスシステム（１００）。
【請求項６】
作動流体の放出手段（２４）と排気処理ユニット（２０）とをさらに含み、前記作動流体の放出手段（２４）は、前記作動流体循環回路（１１）と前記排気処理ユニット（２０）との間の流体接続を提供するように構成され、前記第１の容器（４０）は、前記所定の条件のうちの１つで前記圧力の増加を可能にするために構成され、前記排気処理ユニット（２０）は、前記作動流体の放出手段（２４）と組み合わせて、前記所定の条件のうちの他の１つで前記圧力を減少させるために構成されている、請求項１〜５の何れか１項に記載の排気ガスシステム（１００）。
【請求項７】
前記排気処理ユニット（２０）は、選択的触媒還元ユニット（ＳＣＲ）によって形成されている、請求項６に記載の排気ガスシステム（１００）。
【請求項８】
前記作動流体の放出手段（２４）は、前記作動流体循環回路（１１）内の前記気相において、前記熱交換器（４）の下流で接続されている、請求項６又７に記載の排気ガスシステム（１００）。
【請求項９】
前記第１の追加成分は、アンモニア及びアルコールのうちの少なくとも１つである、請求項１〜８の何れか１項に記載の排気ガスシステム（１００）。
【請求項１０】
前記第１の容器（４０）及び前記第２の容器（５０）のうちの少なくとも１つは、液体アンモニア及び／又はアンモニア吸着材料を貯蔵するように構成されている、請求項９に記載の排気ガスシステム（１００）。
【請求項１１】
前記圧力検出器（１０２）に電気的に接続されている制御ユニット（１１０）をさらに含み、前記制御ユニット（１１０）に機能的に接続された少なくとも１つの制御可能な弁（２６、４２、５４）を用いて、前記作動流体循環回路（１１）の前記気相で前記作動流体の前記圧力を調節するように構成されている、請求項２に記載の排気ガスシステム（１００）。
【請求項１２】
車両（５００）用の排気ガスシステム（１００）を制御する方法であって、
排気ガス流（８０）を伝達する機構（１７）と、前記排気ガス流（８０）から熱を回収するために前記排気ガス流（８０）内に配置された熱交換器（４）及びある濃度で第１の追加成分と混合した第１の基本成分を含有する作動流体を保持する作動流体循環回路（１１）を含む熱力学エンジン（１）と、前記作動流体の少なくとも前記第１の追加成分の分量を蓄える第１の容器（４０）と、を含んで成り、前記第１の容器が前記作動流体循環回路に流体接続されている、前記方法において、
前記作動流体循環回路（１１）内の気相において前記作動流体の圧力を検出するステップと、
前記車両（５００）の異なる動作条件に依存する所定の複数の条件のうちの１つに適合するように前記圧力を調整するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記作動流体循環回路（１１）と前記車両（５００）に設けられた排気処理ユニット（２０）との間の作動流体の放出手段（２４）を流体接続するステップをさらに含み、
前記第１の容器（４０）は、前記所定の条件の１つで前記圧力の増加を可能にするために構成され、前記排気処理ユニット（２０）は、前記作動流体の放出手段（２４）と組み合わせて、前記所定の条件の別の１つで前記圧力を減少させるために構成されている、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記車両（５００）の現在の動作条件を判定するステップと、
前記作動流体循環回路（１１）内の前記気相において、前記作動流体の前記圧力を調節するために前記車両（５００）の前記判定された現在の動作条件に応じて少なくとも１つの制御可能な弁（２６、４２、５４）を制御するステップと、
をさらに含む、請求項１２又１３に記載の方法。
【請求項１５】
車両（５００）用の排気ガスシステム（１００）を制御するコンピュータプログラム手段を記憶したコンピュータ可読媒体を含むコンピュータプログラム製品であって、請求項１２に記載のステップを実行するためのコードを含むコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ディーゼルエンジン等の内燃機関を含む車両における熱エネルギー回収システムに関する。本発明は、また、そのようなシステムを動作させる方法に関する。
【０００２】
内燃機関の効率的な動作における最近の進歩には、廃熱再生のための熱力学エンジン、特にランキンサイクルエンジンの使用が含まれる。一般に知られているように、ランキンサイクルエンジンは、熱を仕事に変換するエンジンである。熱は、好ましくは閉鎖された作動流体循環回路に外部から加えられ、この作動流体循環回路は、水又は他の適切な液体を作動流体として使用し得る。ポンプは、凝縮器から受け取った液相作動流体を加圧するために使用され、その後、液相作動流体は、加熱され、それによって気相に変換される。続いて、気相作動流体は蒸気エンジンに伝達され、そこで、熱エネルギーは、運動エネルギーに変換される。さらなる工程において、気相作動流体は、凝縮器内でその液相に戻すように変換される。
【０００３】
一般的な作動流体は、供給が容易であり、既に車両に存在し、環境に無害な水である。水に魅力的な特性があるとしても、いくつかの欠点もある。例えば、蒸気が空気と混合されると、蒸気エンジンの機能性は低下する。さらに、蒸気中の少量の空気は、建設材料に対してかなり攻撃的であり得る。蒸気中に空気が蓄積するのを回避するために、作動流体の圧力を大気圧よりも高く保つことが提案されている。凝縮温度が比較的高い（特に１００℃を超える）必要があるので、これは不利なことには、結果として効率を制約することになる。但し、より長い停止（夜間、週末等）中に、システム内の周囲圧力より低い圧力降下を回避することは困難であり、その結果、システム内に空気が漏れる。さらに、いくつかの設計では、良好な効率のためにランキンサイクルのいくつかの部分において周囲圧力よりも低い圧力を有することがさらに好ましい。
【０００４】
さらに、例えば０℃で水が凍結する等、作動流体として水が問題になる。米国特許出願公開第２０１０２１２３０４号では、少量のアンモニア又はアルコールと水を混合することによって凍結問題を解決しようとするため、凝固点が低下する。加えて、アンモニア又はアルコールは露点を低下させるので、凝縮は低温で行うことができる。
【０００５】
不利なことには、アンモニアは腐食性で有害である。したがって、アンモニアは細心の注意を払って取り扱われなければならず、環境に放出されてはならない。しかし、このような放出は、例えば、熱力学エンジン又はそのようなエンジンを含む車両を巻き込む事故（例えば、車両の別の車両との衝突）の場合、又は、熱力学エンジン及び／又は車両のメンテナンス中には避けがたい。これまでは、作動流体の圧力を放出し、安全なメンテナンスの可能性を提供するためにエキスパンダ装置のバイパスが使用されている。不利なことには、この手順は非常に時間がかかり、作業場での車両の静止時間が不要に長くなり、及び／又は、例えば救助隊が車両に安全にアクセスするための待ち時間が、許容できない程度に長くなる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、以上のことは、車両用の排気ガスシステムによって少なくとも部分的に緩和され、排気ガス流を伝達する機構と、排気ガス流から熱を回収するために排気ガス流内に配置された熱交換器及び選択された濃度で第１の追加成分と混合した第１の基本成分を含有する作動流体を保持する作動流体循環回路を含む熱力学エンジンと、作動流体の少なくとも第１の追加成分の分量を蓄えるためのもので、作動流体循環回路に流体接続された第１の容器と、を含む、車両用の排気ガスシステムにおいて、第１の容器は、作動流体循環回路内の気相にて熱交換器の下流で接続され、さらに、作動流体循環回路内の気相における作動流体の圧力は、複数の所定の条件のうちの１つに適合されるように構成され、複数の所定の条件は、車両の異なる動作条件に依存する。
【０００７】
本発明による排気ガスシステムの一般的な使用は、典型的には車両に設けられた内燃機関からの廃熱の有用な回収を達成するためのものである。作動流体循環回路内の気相に流体接続された第１の容器を有利に導入することによって、所定条件の１つからの逸脱の場合に、典型的には気体圧力の迅速な交替を可能にすることができる。したがって、最適化すべき作動流体を車両の動作状態に向けて微調整することが可能であり、例えば周囲環境内の温度に関連して車両の周囲内の状況を含むことができる。
【０００８】
１つの例示的な実施形態では、圧力検出器は、排気ガスシステムに含まれ、作動流体循環回路内の気相に配置されてもよい。但し、代わりに、排気ガスシステムでの使用のために明示的に提供されていないが、完全な車両システムの要素として代替的に配置された圧力検出器を使用して検出圧力を得ることも可能である。
【０００９】
第１の容器は、好ましくは、例えば接続されたポンプを使用して、作動流体循環回路内の気相内の圧力の増加及び減少の両方を提供するように構成することができる。したがって、第１の容器は、作動流体循環回路への双方向の弁制御接続部を備えていてもよい。
但し、本発明の好ましい実施形態において、排気ガスシステムは、作動流体循環回路内の気相で作動流体循環回路に接続された第２の容器をさらに備え、システムのいくつかの動作段階における第２の容器は、例えばポンプを用いて、作動流体循環回路内の気体圧力を減少させるために使用される。これにより、このような実施形態では、第１の容器は、作動流体循環回路内の気体圧力（例えば、作動流体の「過剰量」の導入）を増加させるために本質的に使用される。
したがって、第１及び第２の容器は、作動流体循環回路内の気体圧力を最適化して上記の所定の条件の少なくとも１つに対応するように共に作用する。
【００１０】
このような所定の条件は、車両に関する安全条件に関連して以上の一般的な導入にさらに及ぶことがある。例えば、車両又は排気ガスシステムの点検整備の場合には、作動流体循環回路内の圧力を低下させることが望ましく、したがって、排気ガスシステムの点検をより容易にすることができる。同様に、非常事態又は事故の場合には、そのような圧力低下は、緊急事態／事故の以下の手順を取り扱うことに関わる対応要員のリスクを軽減するためにも望ましい。
【００１１】
さらに、作動流体循環回路内の気相内に過剰量の作動流体を導入することによって、周囲空気がシステム内に漏洩することによる熱力学エンジンの空気蓄積傾向の低減が可能になる場合がある。このような状態は、典型的には、車両が使用されていない夜間及び週末等、車両が静止状態（シャットダウン）にある場合に生じる。好ましくは、この供給は、周囲圧力より低い圧力が循環回路内の高圧側で検出され、付加的な量の作動流体が圧力降下を補償し得る場合に行われる。
【００１２】
本発明の文脈内では、作動流体循環回路にさらなる量の作動流体を導入することによって、又は第１の基本成分に関連して第１の追加成分の選択された濃度を調整することによって、圧力を調節することが可能である。これが可能である典型的なシナリオは、作動流体の第１の基本成分が水であり、作動流体の第１の付加成分がアンモニアである場合である。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態では、排気ガスシステムは、選択的触媒還元（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）ユニット等の作動流体の放出手段及び排気処理ユニットをさらに含む。これにより、ＳＣＲは、作動流体循環回路内の圧力を低下させるために一時的に余分な作動流体を貯蔵するために使用され得る。これは、作動流体が組み合わせ又は水とアンモニアを含む場合に特に有利である。具体的には、窒素酸化物（ＮＯｘ）の放出を減少させるためのアンモニアを使用する選択的触媒還元ユニットを使用することにより、ＳＣＲの触媒成分が一時的にアンモニアを蓄え、続いて、これをＮＯｘ還元工程において使用することで、すなわち、直接、環境には放出されないので、「放出された」一時的に過剰な作動流体の有利な使用の可能性を可能にする。
【００１４】
いくつかの実施形態において、ＳＣＲには、作動流体循環回路から作動流体の放出手段を通って水／アンモニアが放出されるだけでなく、アンモニアのさらなる供給源が供給される。それによって、相乗効果が提供され、内燃機関の廃棄エネルギーの再生だけではなく、問題なく作動流体の放出を提供するシステムが可能になる。
【００１５】
但し、いくつかの条件では、さらなる供給源（例えば、車両に設けられた外部に配置されたタンク）からアンモニアを取得するのではなく、作動流体循環回路から水／アンモニアを利用することが可能であり得る。このような状態は、例えば、車両のコールドスタートに関連し、アンモニアのウォーム供給（warm provision）は、別の供給源からの放出において達成され得るものと比較して作動流体循環回路から放出され得る。
【００１６】
本発明によれば、例えば、車両に備えられ、外部に配置されたタンクから、例えば、第１及び／又は第２の容器にさらなる供給源からのアンモニアを「補充」することが可能であることに留意されたい。外部タンクと第１及び／又は第２の容器との間に直接的な接続部が存在してもよいし、代わりに、タンクに蓄えられた尿素を「再構築する」ための中間工程で化学プロセスを導入して、作動流体循環回路に供給してもよい。
【００１７】
加えて、作動流体の第１の追加成分としてのアンモニアの使用は、アンモニアが凍結防止成分として作用するので、例えば冬の条件で冷えた車両を動作させる際の問題の危険性を最小限にする。アルコールのような別の（又はさらに組み合わせた）タイプ又は凍結防止成分を使用することも、もちろん可能である。
好ましくは、アンモニア及び／又はアルコールの濃度は、例えば車両周囲の周囲温度を測る温度センサを用いて測定され、予想される温度変動に応じて、毎日、毎週及び／又は毎月の基準に適合させることができる。もちろん、より短い時間スケール又はより長い時間スケールで濃度を適合させることも可能である。
【００１８】
アンモニアが作動流体の第１の追加成分として使用される場合、第１の容器は、第１の容器内のアンモニアが大気圧より高い圧力及び／又は作業中の圧力より高い温度に加熱されるように適合され得る流体路を第１の容器の接続部に設ける。これは、アンモニアリザーバ／タンクから作動流体循環回路へのアンモニアの流れを推進するために追加のポンプ（上記のような）が必要でないという利点を有する。アンモニアは、好ましくは、尿素の形で提供される。
【００１９】
さらに好ましい実施形態によれば、第２の容器は、液体アンモニア及び／又はアンモニア吸着材料、好ましくはＣａＣｌ２及び／又はＭｇＣｌ２及び／又はＳＲＣｌ２、アンモニア化合物、好ましくは尿素、カルバミン酸アンモニウム及び／又は炭酸アンモニウムである。好ましくは、アンモニア吸着材料又はアンモニア化合物が使用される。その理由として、液体アンモニアを用いる作業が、追加の安全予防措置を必要とするからである。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態では、排気ガスシステムは、圧力検出器に電気的に接続されている制御ユニットをさらに含み、制御ユニットに機能的に接続された少なくとも１つの制御可能な弁を用いて、作動流体循環回路内の気相で作動流体の圧力を調節するように構成されている。したがって、制御ユニットは、典型的には、作動流体循環回路内の現在の圧力を取得するための圧力検出器に電気的に接続され、この測定値、第１及び第２の容器、並びに作動流体の放出手段に関連する弁を制御するための入力を使用し、作動流体循環回路とＳＣＲとの間の制御可能な接続を提供する。制御ユニットは、典型的には、上述したように複数の所定の車両状態の少なくとも１つに対応するように作動流体循環回路内の圧力を調節するための処理手段を含む。さらに、制御ユニットは、典型的には、作動流体循環回路内の凍結防止成分の濃度を制御する。
【００２１】
本発明の別の態様によれば、車両用の排気ガスシステムを制御するための方法が提供され、排気ガスシステムは、排気ガス流を伝達する機構と、排気ガス流から熱を回収するために排気ガス流内に配置された熱交換器及びある濃度で第１の追加成分と混合した第１の基本成分を含有する作動流体を保持する作動流体循環回路を含む熱力学エンジンと、作動流体の少なくとも第１の追加成分の分量を蓄える第１の容器と、を含んで成り、第１の容器が作動流体循環回路に流体接続されており、上記方法は、作動流体循環回路内の気相において作動流体の圧力を検出するステップと、車両の異なる動作条件に依存する所定の複数の条件のうちの１つに適合するように圧力を調整するステップと、を含む。本発明のこの態様は、本発明の上記の態様に関して上述したのと同様の利点を提供する。
【００２２】
一実施形態において、本方法は、作動流体循環回路内の気相で熱交換器の下流に圧力検出器を配置するステップをさらに含み、圧力を調節するステップは、圧力検出器によって検出される圧力に依存する。
【００２３】
別の実施形態において、圧力を調節するステップは、温度センサによって検出される周囲温度に依存する。圧力は、第１の基本成分に関して第１の追加成分の選択された濃度を調節することによって調節され得る。
【００２４】
一実施形態において、本方法は、第２の容器を作動流体循環回路内の気相で作動流体循環回路に流体接続するステップをさらに含み、第１の容器は、所定の条件の１つで圧力の増加を可能にするように構成され、第２の容器は、所定の条件の別の１つで圧力を減少させるために構成されている。
【００２５】
本発明のさらに別の態様によれば、車両用の排気ガスシステムを制御するためのコンピュータプログラム手段を記憶したコンピュータ可読媒体を含むコンピュータプログラム製品が提供され、コンピュータプログラム製品は、本発明の上記の態様に関して上述したステップを実行するためのコードを含む。また、この別の態様は、本発明の上記の態様に関して論じたのと同様の利点を提供する。
【００２６】
コンピュータプログラム製品は、典型的には、好ましくはマイクロプロセッサ又は任意の他のタイプの計算装置を含む制御ユニットを使用して実行される。同様に、本発明の排気ガスシステムを作動させるために制御ユニットによって実行されるソフトウェアは、取外し可能な不揮発性ランダムアクセスメモリ、ハードディスクドライブ、フロッピーディスク（登録商標）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＵＳＢメモリ、ＳＤメモリカード、又は当技術分野で周知の類似のコンピュータ可読媒体の１つを含む任意のタイプのメモリ装置であるコンピュータ可読媒体に記憶され得る。したがって、本発明は、ソフトウェア要素とハードウェア要素の組み合わせを使用して実施され得る。
【００２７】
本発明のさらなる特徴及び利点は、添付の特許請求の範囲及び以下の説明を検討するときに明らかになるであろう。当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく、本発明の異なる特徴を組み合わせて、以下に説明する実施形態以外の実施形態を作成することができることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
その特定の特徴及び利点を含む本発明の様々な態様は、以下の詳細な説明及び添付図面から容易に理解されるであろう。
【００２９】
【図１】本発明の好ましい実施形態による排気ガスシステムを備えた車両を示す図である。
【図２】従来の排気ガスシステムの一例を示す図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態による排気ガスシステムの概略図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態による排気ガスシステムの概略図である。
【図５】本発明の好ましい実施形態による排気ガスシステムの概略図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態による排気ガスシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。但し、本発明は、多くの異なる形で実施することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、完備性及び完全性のために提供され、本発明の範囲を当業者に十分に伝える。同様の参照符号は同様の要素を参照する。
【００３１】
ここで図面及び特に図１を参照すると、ここでは、トラック５００として示されている例示的な車両が示されている。トラック５００には、動力源を車輪に接続するドライブラインを介してトラックを推進する動力源（１２）が設けられている。動力源（１２）は、ディーゼルエンジンの形の内燃機関によって構成されている。車両（５００）には、上述したように放出削減プロセスで使用される尿素の量を保持する貯蔵タンク５０２が設けられている。
【００３２】
図２は、内燃機関１２の廃棄エネルギーの再生に適用され、排気処理ユニット２０によって窒素酸化物（ＮＯｘ）の放出の削減を可能にし、好ましくは、内燃機関１２と共に使用されるための従来技術の排気ガスシステム１００の一例を示す。排気処理ユニット２０は、排気のＮＯｘ量を減少させるためにアンモニアを使用する選択的触媒還元ユニットを用いることによって形成されている。アンモニアは、典型的には尿素の形で、外部に配置された貯蔵タンク５０２に貯蔵されている。
【００３３】
排気ガスシステム１００は、排気処理ユニット２０に排気ガス流８０を伝達するための機構１７を備え、この排気処理ユニット２０は、機構１７に含まれる。
排気ガスシステム１００は、排気処理ユニット２０と並列に動作する熱力学エンジン１をさらに備え、この熱力学エンジン１は、排気ガス流８０からの熱を回収するために排気ガス流伝達機構（１７）に接続されている。熱力学エンジン１は、作動流体循環回路１１を含む。熱力学エンジン１は、例えば、ランキンサイクルに従って動作することができる。図２に示した実施例では、作動流体循環回路１１が閉じられている。
【００３４】
排気ガス流伝達機構（１７）は、内燃機関１２からの排気を受け取るように配置されている。さらに、内燃機関１２の廃熱は、熱力学エンジン１の熱源として使用され、熱力学エンジン１は、内燃機関用の廃熱回収システムの少なくとも一部を形成する。
【００３５】
熱力学エンジン１は、作動流体を循環させるポンプ装置２と、作動流体を加熱して液相作動流体を気相作動流体に変換する加熱装置（４）と、気相作動流体の熱エネルギーを運動エネルギーに変換するためのエキスパンダ装置８と、凝縮装置１０とをさらに含み、これらは、作動流体循環回路１１によって相互接続されている。加熱装置（４）は、内燃機関１２から排気ガス流８０内に配置された第１の熱交換器によって形成されている。換言すると、第１の熱交換器４は、内燃機関１２の排気側に熱交換接続されている。
【００３６】
ターボチャージャ１３は、内燃機関１２への流入空気を充填するように配置されている。ターボチャージャ１３は、内燃機関１２からの排気ガス流８０内に配置されたタービン１４と、内燃機関１２への流入空気流内に配置された圧縮機１５とを含む。タービン１４及び圧縮機１５は、既知のやり方でシャフトを介して回転するように堅固に相互結合されている。排気ガス流８０は、排気ダクト１８を介して伝達される。さらに、内燃機関１２は、ガス吸気側を含み、ここで燃料と空気は、既知のやり方で混合されて内燃機関１２に供給される。
【００３７】
排気処理ユニット２０は、図面に単一のユニットとして示されている場合であっても、排気後処理システムが複数のユニットを含むことができることは当業者には明らかである。好ましくは、排気後処理システムは、大気に流入する排気ガス流８０から微粒子を除去するための微粒子フィルタを少なくとも含み、このフィルタは、排気ガス流８０の方向に選択的触媒還元ユニットの後に配置される。
排気処理ユニット２０及び熱交換器４は、単一の装置に統合され得る。排気ガス流８０における単一の熱交換器４の場合、これは、排気後処理システム（２０）の下流に配置されており、内燃機関１２の排気は、排気後処理システム（２０）に達する前に冷却されない。
【００３８】
熱力学エンジン１は、少なくとも４つの段階を有する。第１段階Ｉでは、ポンプ装置２の上流で、熱力学エンジン１の作動流体は液相であり、大気圧（周囲空気圧）付近の圧力を有する。ポンプ装置２の下流の第２段階ＩＩでは、作動流体は依然としてその液相にあるが、ポンプ装置２によって所定の圧力まで加圧される。熱交換器４の下流（後段）の段階ＩＩＩでは、作動流体はその気相に移行し、大気圧よりも高い所定の圧力に加圧される。エキスパンダ装置８の下流の第４段階では、作動流体は依然としてその気相にあるが、大気圧の圧力を有する。
【００３９】
したがって、サイクルは、異なる側で分割することができる（表１も参照）。エキスパンダ装置８の下流であり、ポンプ装置２の上流である低圧側（段階ＩＩ及び段階ＩＩＩ）、及びポンプ装置２の下流であり、エキスパンダ装置８の上流である高圧側（段階Ｉ及び段階ＩＶ）、又は、凝縮装置１０の下流であり、熱交換器４の上流である低温側（段階Ｉ及び段階ＩＩ）、及び熱交換器４の下流であり、凝縮装置１０の上流である高温側（段階ＩＩＩ及び段階ＩＶ）に分割される。
【表１】
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【００４０】
以下、熱力学エンジン１の作動原理について説明する。第１の段階Ｉでは、低温の液相作動流体がポンプ装置２に流れ、そこで、低温の液相作動流体が大気圧よりも高い所定の圧力に加圧される。続いて、加圧された液相作動流体は、熱交換器４に伝達され、熱交換器４は、加熱され、液相から気相に変換される。気相への変換のために、圧力をもう一度増加させることができる。加圧された気相作動流体は、次にエキスパンダ装置８に流れ、ここで熱エネルギーは機械的又は電気的エネルギーに変換される。機械エネルギーは、例えば、加圧された作動流体がピストンを動作させるピストンエンジン等の変位エンジン（図示省略）、又は、タービン（図示省略）によって生成され得る。あるいは、エキスパンダ装置８は、電気エネルギーを生成するための発電機（図示省略）を作動させてもよい。作動流体の圧力を使用して、例えばピストンを変位させ、若しくはタービン又は発電機を作動させる。
その結果、作動流体の圧力が低下し、第４の段階ＩＶにおいて、作動流体は、依然として気相にあるものの、低圧を有する。続いて、低圧の気相作動流体は、凝縮装置１０に輸送され、高温作動流体は、露点以下に冷却され、それによって液相に変換して戻される。
【００４１】
このような熱力学エンジン１のための作動流体は、純正液体として、例えば水又は水の混合物、及び、例えばアンモニア又はエタノール等の第１の追加成分であることができる。アンモニア・水混合物及び／又はエタノール・水混合物の場合のように、さらなる成分が作動流体の熱力学相転移点に影響を及ぼす場合、第１の追加成分は、有利には例えば水を使用して、作動流体の凍結防止機能を果たす。
【００４２】
上述したとおり、凍結防止成分の濃度を調節することができ、また、熱力学エンジン１の気相内、典型的には、熱力学エンジン１の段階ＩＩＩ内の気体圧力を調節することができることが有利である。
【００４３】
これは、本発明により、達成されたものであり、さらに、図３を参照すると、作動流体の貯蔵タンク４０として示されている第１の容器を流体接続し、ある分量の作動流体（例えば、第１の基本成分と第１の追加成分の混合物である）、又はある分量の第１の追加成分、例えばエタノール、又はアンモニアのみを保持する。
上記のように、作動流体の貯蔵タンク４０は、作動流体循環回路１１の高圧側すなわち段階ＩＩＩに流体接続されている。
より具体的には、作動流体の貯蔵タンク４０は、加熱装置（４）の下流でエキスパンダ装置８の上流の作動流体循環回路１１に接続されている。排気ガスシステム１００は、作動流体の貯蔵タンク４０と作動流体循環回路１１との間の作動流体流を制御するように構成された作動流体の貯蔵タンクの弁４２を含む。排気ガスシステム１００は、作動流体の貯蔵タンク４０を作動流体循環回路１１と流体接続する作動流体の貯蔵タンクの導管４４をさらに含む。作動流体の貯蔵タンクの弁４２は、導管４４内に配置される。
【００４４】
作動流体の貯蔵タンク４０は、高圧側ＩＩＩに存在する圧力よりも高い圧力に加圧されてもよく、又は、アンモニアがポンプ（図示省略）によって作動流体循環回路１１に輸送されてもよい。
【００４５】
上記のように、空気の漏れは、凍結の他に、周知の熱力学エンジンの主な欠点の１つである。特に、停止中、高圧側ＩＩＩは、大気圧よりも圧力が低下する程度に冷却し得る。この結果、作動流体循環回路１１への空気の漏れが生じ、これが熱力学エンジン１の効率を低下させる。加えて、特に気泡又は空洞の形での空気は、熱力学エンジン部品の構成材料に対して相当に攻撃的であり得る。
【００４６】
冷却中にのみ空気漏れの問題が生じ、圧力が周囲圧力よりも低下すると、作動流体の貯蔵タンク４０と作動流体循環回路１１との間の導管４４内に配置された弁４２は、検出された圧力降下又はエンジン動作状態に応じて開放され、追加のアンモニアが作動流体循環回路１１に流入することができる。それによって、上述したように作動流体循環回路１１内の圧力を大気圧のレベルまで上昇させることができ、空気が漏れるのを防ぐ。
【００４７】
作動流体の貯蔵タンク４０を設けることにより、冷却中に作動流体循環回路１１を作動流体で溢れさせて空気の漏れを防止することが可能であると論じた上記の他に、作動流体中のアンモニア濃度を局地気候及び／又は感知された周囲温度に適合させることが可能となる。有利なことに、低温では、凍結防止として高アンモニア濃度を使用することができ、低温中、すなわち、冬季中のアンモニア量を増加させることができ、凝縮器が高温で作動することができる。
【００４８】
好ましくは、アンモニア濃度は、予想される温度変化に応じて、毎日、毎週及び／又は毎月の基準に適合させることができる。もちろん、より短い時間スケール又はより長い時間スケールでアンモニア濃度を適合させることも可能である。
【００４９】
作動流体の貯蔵タンク４０は、例えば、作動流体循環回路１１内の圧力が所定の圧力閾値を超える場合に使用され、作動流体循環回路１１内の余剰量の作動流体を受け取るように構成され得る。トラック５００のこのような動作条件では、例えば熱力学エンジン１の始動を含み、ここで作動流体の余剰分は再び作動流体の貯蔵タンク４０によって受け取られ得る。このような機能性を達成するために、上述したポンプ（図示省略）を逆の仕方で、すなわち作動流体循環回路１１から作動流体の貯蔵タンク４０へ作動流体を輸送するために使用することが可能であり得る。作動流体の貯蔵タンク４０を囲む温度を調節すること、すなわちポンプのみがシステム１００の任意の構成要素になるように、作動流体の貯蔵タンク４０を冷却することも可能であり得る。
【００５０】
作動流体循環回路１１内の圧力を低下させることが望ましい場合には、例えば、衝突の場合のメンテナンス若しくは熱力学エンジン１のメンテナンス、及び／又は、トラック５００のメンテナンスの目的のためにトラック５００のさらなる動作条件が存在する。
【００５１】
ここで、図３の実施例のさらなる展開を示す図４を参照されたい。排気ガスシステム１００は、作動流体の貯蔵タンク４０及び追加の作動流体の貯蔵タンク５０として実施される第１及び第２の追加の第２の容器を含み、これらは作動流体循環回路１１の高圧側、すなわち段階ＩＩＩに流体接続されている。
追加の作動流体の貯蔵タンク５０は、この実施例では収集器を形成し、したがって、作動流体循環回路１１から作動流体の貯蔵タンク５０へのアンモニアの放出は、同じやり方であるが作動流体の貯蔵タンク４０の一般的な機能性とは対照的に作用する。制御可能な弁５２が、作動流体の貯蔵タンク５０と作動流体循環回路１１との間の接続ダクト５４に配置されている。
したがって、作動流体の貯蔵タンク４０は、作動流体循環回路１１内の圧力を増加させるために使用され、作動流体の貯蔵タンク５０は、作動流体循環回路１１内の圧力を減少させるために使用される。作動流体の貯蔵タンク５０と共にさらなるポンプ（図示省略）を含むことが可能であり得る。但し、作動流体の貯蔵タンク５０は、作動流体循環回路１１と作動流体の貯蔵タンク５０との間の圧力差が提供されるように、すなわちポンプをオプションにするように、冷却され、又は保冷されてもよい。
【００５２】
ここで、図３及び図４の実施例のさらなる展開を示す図５を参照されたい。作動流体の貯蔵タンク５０を使用して作動流体循環回路１１内の作動流体量を減少させる代わりに、作動流体循環回路１１の高圧側ＩＩＩに配置された制御可能な弁２６を含む作動流体の放出手段２４を使用して作動流体循環回路１１を分岐させることが可能であり得る。
したがって、作動流体、例えばアンモニアを放出された作動流体の触媒処理のために、作動流体循環回路１１から排気後処理システム内の触媒処理ユニット２０へ放出させることができる。これにより、作動流体の放出手段２４は、上述したのと同様の仕方で作動流体の安全放出として又は一般に放出可能性として役立ち得る。但し、図５に示したように、作動流体の貯蔵タンク５０と作動流体の放出手段２４の両方をシステム１００に（すなわち、さらに第１の作動流体の貯蔵タンク４０に）含めることが可能であり得ることに留意すべきである。
つまり、作動流体の貯蔵タンク５０及び作動流体の放出手段２４は、例えばトラック５００の異なる動作条件に応じて、個別に制御され得る。何れにせよ、放出された作動流体は、大気に放出することなく、役立てることが可能となる。
【００５３】
ＳＣＲの触媒成分は、一時的にかなりの量のアンモニアを蓄え、続いて、それをＮＯｘ還元工程で使用することで、すなわち直接大気中に放出されないことが強調されるべきである。一般に、ＳＣＲは、貯蔵タンク５０２から等のさらなるアンモニア源を供給することになる。
【００５４】
エキスパンダ装置８の上流及び熱交換器４の下流で作動流体の放出手段２４を分岐させることが有利であり、最高圧力が期待される。高圧側の圧力は、通常、排気ダクト１８内の圧力よりも高いため、排気ダクト１８への作動流体の流れを推進するためのさらなる手段は必要ではない。
【００５５】
放出された作動流体又は放出された作動流体の一部は、その後、排気後処理ユニット２０で触媒的に処理され、それにより大気に放出され得る無害化合物に変換される。それによって、作動流体の一部が排気後処理システムに放出される場所は、作動流体の種類に依存することに留意すべきである。例えば、アンモニアが使用されるときには、選択的触媒還元ユニットの上流の排気後処理システム内に放出された作動流体を導入することが好ましい。アルコールが作動流体に含まれる場合は、酸化触媒の上流の排気後処理システム内へ作動流体を放出することが有利である。
【００５６】
作動流体循環回路１１の高温及び高圧側の作動流体の放出手段２４を分岐させることは、排気ダクト１８を通って流れる排気が過度に冷却されないようにするさらなる利点を有し、その結果、排気後処理システムの動作温度は損なわれない。典型的には、排気後処理システムの動作温度は摂氏２５０度以上である。
【００５７】
最後に、図３〜図５の追加のさらなる実施例を示す図６を参照する。排気ガスシステム１００は、上述したような制御方法を実施するための制御ユニット１１０を含み、弁４２、５２及び２６を開放及び／又は閉鎖するために制御可能な弁４２、５２及び２６に動作的に接続されている。排気ガスシステム１００は、作動流体循環回路１１内に配置された少なくとも１つの圧力検出器１０２を含む。さらに、制御ユニット１１０は、検出された圧力に応じて弁４２、５２及び２６の開放及び／又は閉鎖を制御するための圧力検出器１０２に動作的に接続されている。
より具体的には、圧力検出器１０２は、作動流体循環回路１１の高圧側、すなわち段階ＩＩＩに配置されている。制御ユニット１１０は、上述したような仕方でトラック５００の異なる動作条件に応じて弁４２、５２及び２６を制御するように構成されている。さらに、排気ガスシステム１００は、弁４２、５２及び２６の開放及び／又は閉鎖を手動で制御するために、制御ユニット１１０に接続された手動操作可能な手段１０６を含む。
【００５８】
図面は、方法ステップの特定の順序を示し得るが、ステップの順序は図示されたものと異なる場合がある。また、２つ以上のステップを並行して実行してもよく、部分的に同時実行してもよい。そのような変化は、選択ソフトウェア及びハードウェアシステム及び設計者の選択に依存する。このようなすべての変形は、本件開示の範囲内である。同様に、ソフトウェアの実施形態は、様々な接続ステップ、処理ステップ、比較ステップ及び判定ステップを達成するために、ルールベースのロジック及び他のロジックを有する標準的なプログラミング技術によって達成することができる。加えて、本発明を特定の例示的な実施形態を参照して説明したが、多くの異なる変更、修正等は、当業者にとって明らかになるであろう。
【００５９】
開示された実施形態に対する変形は、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、請求された発明を実施する際の当業者によって理解され、達成され得る。さらに、特許請求の範囲において、「含む（comprising）」という語は他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数を除外するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年12月10日(2014.12.10)
【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】
排気ガス流（８０）を伝達する機構（１７）と、
前記排気ガス流（８０）から熱を回収するために前記排気ガス流（８０）内に配置された熱交換器（４）及び選択された濃度で第１の追加成分と混合した第１の基本成分を含有する作動流体を保持する作動流体循環回路（１１）を含む熱力学エンジン（１）と、
前記作動流体の少なくとも前記第１の追加成分の分量を蓄えるためのもので、前記作動流体循環回路（１１）に流体接続された第１の容器（４０）と、を含む車両（５００）用の排気ガスシステム（１００）において、
前記第１の容器（４０）は、前記作動流体循環回路（１１）内の気相にて前記熱交換器（４）の下流で接続され、さらに、前記作動流体循環回路（１１）内の前記気相における前記作動流体の圧力は、複数の所定の条件のうちの１つに適合されるように構成され、前記複数の所定の条件は、前記車両（５００）の異なる動作条件に依存する、
ことを特徴とする排気ガスシステム（１００）。
【請求項２】
前記作動流体循路（１１）内の前記気相において、前記熱交換器（４）の下流に配置された圧力検出器（１０２）をさらに含み、前記作動流体循環回路（１１）内の前記気相での前記作動流体の前記圧力の調節は、前記圧力検出器（１０２）によって検出された圧力に依存する、請求項１に記載の排気ガスシステム（１００）。
【請求項３】
前記作動流体循環回路（１１）内の前記気相での前記作動流体の前記圧力は、前記第１の基本成分に関連して前記第１の追加成分の前記選択された濃度を調節することによって調節される、請求項１又２に記載の排気ガスシステム（１００）。
【請求項４】
前記第１の基本成分に関連して前記第１の追加成分の前記選択された濃度は、温度センサによって検出された周囲温度に基づいて調節される、請求項１〜３の何れか１項に記載の排気ガスシステム（１００）。
【請求項５】
前記作動流体循環回路（１１）内の前記気相において、該作動流体循環回路（１１）に流体接続された第２の容器（５０）をさらに含み、
前記第１の容器（４０）は、前記所定の条件の１つで前記圧力の増加を可能にするように構成され、前記第２の容器（５０）は、前記所定の条件のうちの他の１つで前記圧力を減少させるように構成されている、請求項１〜４の何れか１項に記載の排気ガスシステム（１００）。
【請求項６】
作動流体の放出手段（２４）と排気処理ユニット（２０）とをさらに含み、前記作動流体の放出手段（２４）は、前記作動流体循環回路（１１）と前記排気処理ユニット（２０）との間の流体接続を提供するように構成され、前記第１の容器（４０）は、前記所定の条件のうちの１つで前記圧力の増加を可能にするために構成され、前記排気処理ユニット（２０）は、前記作動流体の放出手段（２４）と組み合わせて、前記所定の条件のうちの他の１つで前記圧力を減少させるために構成されている、請求項１〜５の何れか１項に記載の排気ガスシステム（１００）。
【請求項７】
前記排気処理ユニット（２０）は、選択的触媒還元ユニット（ＳＣＲ）によって形成されている、請求項６に記載の排気ガスシステム（１００）。
【請求項８】
前記作動流体の放出手段（２４）は、前記作動流体循環回路（１１）内の前記気相において、前記熱交換器（４）の下流で接続されている、請求項６又７に記載の排気ガスシステム（１００）。
【請求項９】
前記第１の追加成分は、アンモニア及びアルコールのうちの少なくとも１つである、請求項１〜８の何れか１項に記載の排気ガスシステム（１００）。
【請求項１０】
前記第１の容器（４０）及び前記第２の容器（５０）のうちの少なくとも１つは、液体アンモニア及び／又はアンモニア吸着材料を貯蔵するように構成されている、請求項５に記載の排気ガスシステム（１００）。
【請求項１１】
前記圧力検出器（１０２）に電気的に接続されている制御ユニット（１１０）をさらに含み、前記制御ユニット（１１０）に機能的に接続された少なくとも１つの制御可能な弁（４２）を用いて、前記作動流体循環回路（１１）の前記気相で前記作動流体の前記圧力を調節するように構成されている、請求項２に記載の排気ガスシステム（１００）。
【請求項１２】
車両（５００）用の排気ガスシステム（１００）を制御する方法であって、
排気ガス流（８０）を伝達する機構（１７）と、前記排気ガス流（８０）から熱を回収するために前記排気ガス流（８０）内に配置された熱交換器（４）及びある濃度で第１の追加成分と混合した第１の基本成分を含有する作動流体を保持する作動流体循環回路（１１）を含む熱力学エンジン（１）と、前記作動流体の少なくとも前記第１の追加成分の分量を蓄える第１の容器（４０）と、を含んで成り、前記第１の容器（４０）が前記作動流体循環回路（１１）内の前記気相にて前記熱交換器（４）の下流で流体接続されている、前記方法において、
前記作動流体循環回路（１１）内の気相において前記作動流体の圧力を検出するステップと、
前記車両（５００）の異なる動作条件に依存する所定の複数の条件のうちの１つに適合するように前記圧力を調整するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記作動流体循環回路（１１）と前記車両（５００）に設けられた排気処理ユニット（２０）との間の作動流体の放出手段（２４）を流体接続するステップをさらに含み、
前記第１の容器（４０）は、前記所定の条件の１つで前記圧力の増加を可能にするために構成され、前記排気処理ユニット（２０）は、前記作動流体の放出手段（２４）と組み合わせて、前記所定の条件の別の１つで前記圧力を減少させるために構成されている、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記車両（５００）の現在の動作条件を判定するステップと、
前記作動流体循環回路（１１）内の前記気相において、前記作動流体の前記圧力を調節するために前記車両（５００）の前記判定された現在の動作条件に応じて少なくとも１つの制御可能な弁（４２）を制御するステップと、
をさらに含む、請求項１２又１３に記載の方法。
【請求項１５】
車両（５００）用の排気ガスシステム（１００）を制御するコンピュータプログラム手段を記憶したコンピュータ可読媒体を含むコンピュータプログラム製品であって、請求項１２に記載のステップを実行するためのコードを含むコンピュータプログラム製品。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
不利なことには、アンモニアは腐食性で有害である。したがって、アンモニアは細心の注意を払って取り扱われなければならず、環境に放出されてはならない。しかし、このような放出は、例えば、熱力学エンジン又はそのようなエンジンを含む車両を巻き込む事故（例えば、車両の別の車両との衝突）の場合、又は、熱力学エンジン及び／又は車両のメンテナンス中には避けがたい。これまでは、作動流体の圧力を放出し、安全なメンテナンスの可能性を提供するためにエキスパンダ装置のバイパスが使用されている。不利なことには、この手順は非常に時間がかかり、作業場での車両の静止時間が不要に長くなり、及び／又は、例えば救助隊が車両に安全にアクセスするための待ち時間が、許容できない程度に長くなる。
内燃機関、特に廃熱利用回路を有する自動車両の廃熱利用に関して、米国特許出願公開第２０１３／３２７０４１号にさらに注意が払われる。作動媒体が、作動媒体を加圧するために設けられたポンプ装置によって廃熱利用回路内に循環される。廃熱利用回路は、廃熱利用回路内の作動媒体の所定の調節可能な最小圧力を設定して確保するために圧力を維持することができる圧力貯蔵部と連通している。
【国際調査報告】
2017524856.tif 000010
2017524856.tif 000011