(57)【要約】  自動車の排気ライン１において、排気ガス循環用の第１の側４９と熱交換流体循環用の第２の側５１とを有する熱交換器７と、排気ガスの熱エネルギーの一部分を回収するための閉サイクル１９であって、内部を前記熱交換流体が循環し、熱交換器７の第２の側５１が挿入されている閉サイクル１９と、を含む排気ライン１であって、熱交換器７がその第１の側４９と第２の側５１の間に間置された中間壁４７を含み、中間壁４７が相変化物質を収納する少なくとも１つの閉鎖キャビティ５３を含み、中間壁４７が排気ガスと熱接触した第１の交換表面５５と熱交換流体と熱接触した第２の交換表面５７を有することを特徴とする排気ライン。
2012522920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の排気ライン（１）において、
排気ガス循環用の第１の側（４９）と熱交換流体循環用の第２の側（５１）とを有する熱交換器（７）と、
排気ガスの熱エネルギーの一部分を回収するための閉サイクル（１９）であって、内部を前記熱交換流体が循環し、熱交換器（７）の第２の側（５１）が挿入されている閉サイクル（１９）と、を含む排気ライン（１）であって、熱交換器（７）がその第１の側（４９）と第２の側（５１）の間に間置された中間壁（４７）を含み、中間壁（４７）が相変化物質を収納する少なくとも１つの閉鎖キャビティ（５３）を含み、中間壁（４７）が排気ガスと熱接触した第１の交換表面（５５）と熱交換流体と熱接触した第２の交換表面（５７）を有することを特徴とする排気ライン。
【請求項２】
中間壁（４７）が、各々相変化物質を収納する複数の閉鎖キャビティ（５３）を含み、閉鎖キャビティ（５３）が互いに隔離されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ライン。
【請求項３】
相変化物質が、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＬｉＯＨ、ＮａＮＯ２、ＮａＮＯ３、ＫＮＯ３、Ｃａ（ＮＯ３）２、ＬｉＮＯ３、ＫＣＩ、ＬｉＣＩ、ＮａＣＩ、ＭｇＣＩ２、ＣａＣＩ２、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３、ＫＦ、ＬｉＦを含む群から選択された１つ以上の無機塩を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の排気ライン。
【請求項４】
相変化物質がＳｎ、ＰｂおよびＺｎを含む群から選択された１つ以上の金属を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の排気ライン。
【請求項５】
相変化物質が１００℃〜５００℃の間に含まれる溶融温度を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の排気ライン。
【請求項６】
相変化物質が１００〜３００ｋＪ／ｋｇの間に含まれる融解潜熱を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の排気ライン。
【請求項７】
中間壁（４７）が、０．１ｋＷｈ〜１０ｋＷｈの間に含まれる熱エネルギーの貯蔵を可能にするように選択された相変化物質質量を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の排気ライン。
【請求項８】
閉サイクル（１９）がランキンサイクルまたはヒルンサイクルであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の排気ライン。
【請求項９】
閉サイクル（１９）が、駆動軸（４３）と、熱交換流体により駆動軸（４３）を回転駆動させるための機構（２５）を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の排気ライン。
【請求項１０】
熱交換流体が本質的に水を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の排気ライン。
【請求項１１】
閉サイクル（１９）は、熱交換流体が熱交換器（７）の出口において基準温度を有するような形で寸法設定されており、相変化物質がこの基準温度と基準温度に１００℃を加えた温度の間に含まれる溶融温度を有していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の排気ライン。
【請求項１２】
熱交換器（７）の第1の側（４９）の入口（１０）に流体連通された、排気ガスの循環用上流側導管（９）と、
熱交換器（７）の第1の側（４９）の出口（１２）に流体連通された、排気ガスの循環用下流側導管（１１）と、
熱交換器（７）を迂回させることにより下流側導管（１１）に上流側導管（９）を連結するバイパス導管（１３）と、
熱交換器（７）に向かって排気ガスの一画分を、そして排気ガスの別の画分をバイパス導管（１３）に向かって配向することのできる排気ガスを配向するための機構（１５）と、
熱交換器（７）に向かって配向された排気ガスの前記画分と、バイパス導管（１３）に向かって配向された排気ガスの前記もう一方の画分を選択的に制御することのできる、配向機構（１５）の制御用機構（１７）と、を含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の排気ライン。
【請求項１３】
車両の熱機関（５）を退出する排気ガスによって提供される熱エネルギーの量を表わす第1の数量を評価するステップと、
閉サイクル（１９）内の熱交換流体の温度を表わす少なくとも１つの第２の数量を獲得するステップと、
中間壁（４７）の相変化物質中に貯蔵された熱エネルギーの量を表わす第３の熱量を評価するステップと、
少なくとも第１、第２および第３の数量を用いて交換器（７）に向かって配向される排気ガスの画分を決定するステップと、
決定された画分にしたがって配向機構（１５）を制御するステップと、を含むことを特徴とする請求項１２に記載の排気ラインを制御する制御方法。
【請求項１４】
中間壁（４７）の相変化物質内に貯蔵された熱エネルギーの量を表わす第３の数量が、
−  熱交換器（７）内の閉サイクルが実際に受け取る熱エネルギーの量を表わす第４の数量を評価するステップと、
−  少なくとも第１の数量および第４の数量から第３の数量を推測するステップと、によって評価されることを特徴とする請求項１３に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、自動車排気ライン内でのエネルギー回収に関する。
【０００２】
より具体的には、第１の態様に係る発明は、
排気ガス循環用の第１の側と熱交換流体循環用の第２の側とを有する熱交換器と、
排気ガスの熱エネルギーの一部分を回収するための閉サイクルであって、中を前記熱交換流体が循環し、熱交換器の第２の側が挿入されている閉サイクル（１９）と、を含むタイプの自動車の排気ラインに関する。
【背景技術】
【０００３】
このような排気ラインは、公知である（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願第２００６／０２０１１５３号明細書
【０００５】
このような排気ラインにおいて、排気ガスの熱エネルギーを回収するための手段は、全くまたは非常にわずかな熱慣性しか有していない。
【０００６】
閉サイクルにより回収されるエネルギーは、排気ガス中で利用可能なエネルギーにほぼ正比例する。現在、自動車は変動する負荷で作動し、運転者がエンジンに求める出力は、例えばエンジンがアイドリング状態にある時の０ｋＷ、車両が４０ｋｍ／ｈで走行する場合の１０ｋＷ、そして急激な加速時の最高１００ｋＷに至るまでの間で変動してよい。
【０００７】
排気においてエネルギーがほとんど利用できない場合、すなわち運転者がエンジンに求める出力が低い場合、熱エネルギーを回収するための閉サイクルにアンプライミングを起こさせる危険性が存在する。閉サイクルの再プライミングは時間がかかり、これは、排気ガスから熱エネルギーを回収する収量の著しい損失の原因となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この情況下で、本発明は、排気ガスからの熱エネルギーの回収がより優れた収量で実施される排気ラインを提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的のため、本発明は、熱交換器がその第１の側と第２の側の間に間置された中間壁を含み、中間壁が相変化を伴う物質を収納する少なくとも１つの閉鎖キャビティを含み、中間壁が排気ガスと熱接触した第１の交換表面と熱交換流体と熱接触した第２の交換表面を有することを特徴とする前述のタイプの排気ラインに関する。
【００１０】
排気ラインは同様に、個別にまたは技術的に可能な全ての組み合わせにしたがって以下の特徴の１つ以上を有していてもよい、
中間壁は、各々相変化物質を収納する複数の閉鎖キャビティを含み、閉鎖キャビティは互いに隔離されている、
相変化物質は、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＬｉＯＨ、ＮａＮＯ２、ＮａＮＯ３、ＫＮＯ３、Ｃａ（ＮＯ３）２、ＬｉＮＯ３、ＫＣＩ、ＬｉＣＩ、ＮａＣＩ、ＭｇＣＩ２、ＣａＣＩ２、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３、ＫＦ、ＬｉＦを含む群から選択された１つ以上の無機塩を含む、
相変化物質は、Ｓｎ、ＰｂおよびＺｎを含む群から選択された１つ以上の金属を含む、
相変化物質は、１００℃〜５００℃の間に含まれる溶融温度を有する、
相変化物質は、１００〜３００ｋＪ／ｋｇの間に含まれる融解潜熱を有する、
中間壁は、０．１ｋＷｈ〜１０ｋＷｈの間に含まれる熱エネルギーを貯蔵するように選択された相変化物質質量を含む、
閉サイクルは、ランキンサイクルまたはヒルンサイクル（Hirn cycle）である、
閉サイクルは、駆動軸と、熱交換流体により駆動軸を回転駆動させるためのユニットを含む、
熱交換流体は本質的に水を含む、
閉サイクルは、熱交換流体が熱交換器の出口において基準温度を有するような形で寸法設定されており、相変化物質はこの基準温度と基準温度に１００℃を加えた温度の間に含まれる溶融温度を有している。
【００１１】
排気ラインは以下のものを含む、
熱交換器の第1の側の入口に流体連通された、排気ガスの循環用上流側導管、
熱交換器の第1の側の出口に流体連通された、排気ガスの循環用下流側導管、
熱交換器を迂回させることにより下流側導管に上流側導管を連結するバイパス導管、
熱交換器に向かって排気ガスの一画分を、そして排気ガスの別の画分をバイパス導管に向かって配向することのできる排気ガスの配向用の機構、
熱交換器に向かって配向された排気ガスの前記画分と、バイパス導管に向かって配向された排気ガスの前記もう一方の画分を選択的に制御することのできる、配向機構の制御用機構。
【００１２】
第２の態様によると、本発明は、
車両の熱機関を退出する排気ガスによって提供される熱エネルギーの量を表わす第1の数量を評価するステップと、
閉サイクル内の熱交換流体の温度を表わす少なくとも１つの第２の数量を獲得するステップと、
中間壁の相変化物質中に貯蔵された熱エネルギーの量を表わす第３の熱量を評価するステップと、
少なくとも第１、第２および第３の数量を用いて主導管に向かって配向された排気ガスの画分を決定するステップと、
決定された画分にしたがって配向機構を制御するステップと、を含む、以上の特徴を有する排気ラインの制御方法に関する。
【００１３】
この方法は、さらに以下の特徴を有していてよい、
車両の熱機関を退出する排気ガスによって提供される熱エネルギーの量を表わす第1の数量を評価すること、
閉サイクル内の熱交換流体の温度を表わす少なくとも１つの第２の数量を獲得すること、
中間壁の相変化物質中に貯蔵された熱エネルギーの量を表わす第３の熱量を評価すること、
少なくとも第１、第２および第３の数量を用いて交換器に向かって配向される排気ガスの画分を決定すること、
決定された画分に応じて配向ユニットを制御すること。
【００１４】
本発明の他の特徴および利点は、それについて以下に目安としてかつ単なる一制限として添付図面を参照しながら示されている詳細な説明から明らかになることだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る排気ラインの概略図である。
【図２】図１の排気ラインの熱交換器の概略図である。
【図３】図１の排気ラインを制御するための方法の主要なステップを表わすステップ図である。
【図４】排気において利用可能なエネルギーの関数としての熱交換器に向かって配向される排気ガス流の画分を表わす曲線の図形的かつ概略的な図である。
【図５】排気において利用可能なエネルギーの関数としての熱交換器に向かって配向される排気ガス流の画分を表わす曲線の図形的かつ概略的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に単純化された形で例示されている排気ラインは、以下のものを含む、
自動車の熱機関５の燃焼室から退出する排気ガスを収集するために具備されるマニホルド３、
排気ガスの循環のための第１の側および熱交換流体循環用の第２の側を有する熱交換器７、
熱交換器７の第１の側の出口１２に対して連結された、排気ガスの循環のための下流側導管１１、
熱交換器７を迂回することにより上流側導管の１点を下流側導管１１の１点に連結するバイパス導管１３、
排気ガスを熱交換器７に向かっておよび／またはバイパス導管１３に向かって選択的に配向するための機構１５、
排気ガスの熱エネルギーの一部分を回収するための閉サイクル１９。
【００１７】
バイパス導管１３は、上流側導管内に作られたＴ字形交差点２１を下流側導管１１内に作られた別のＴ字形交差点２３に連結する。
【００１８】
ターボチャージャーなどの例示されていない機器を、マニホルド３とＴ字形交差点２１の間に間置してもよい。
【００１９】
下流側導管１１は、浄化された排気ガスを大気中に放出するための排出端部（図示せず）に連通されている。排気ガスを浄化するための機構およびサイレンサなどの例示されていない他の機構が、Ｔ字形交差点２３と排出端部の間に置かれる。
【００２０】
排気ガスの熱エネルギーの一部分を回収するための閉サイクル１９は例えばランキンサイクルである。
【００２１】
ランキンサイクルは、タービン２５、凝縮機２７およびポンプ２９を含む。配管３１が、熱交換器の第２の側の出口３３をタービン２５の高圧入口に連結する。
【００２２】
配管３７がタービン２５の低圧出口を凝縮器２７の入口に連結する。配管３７は、凝縮器２７の出口をポンプ２７の吸込み入口に連結する。
【００２３】
最終的に、配管３９は、ポンプ２９の排出出口を熱交換器７の第２の側の入口４１に連結する。
【００２４】
タービン２５は、駆動軸４３を回転駆動させ、この駆動軸は例えば発電機４５に連結されている。代替的には、軸４３は車両の機械的機構を駆動してよい。さらに、タービン２５を、駆動軸４３と結合された蒸気機関で置き換えてもよい。
【００２５】
典型的には、閉サイクル１９内を循環する熱流体は、本質的に水を含む。この流体は、例えば腐食を制限するかまたは霜を回避する目的で、さまざまな添加物を含んでいてよい。熱流体は、排気ガスにより提供される熱の効果の下で熱交換器７内で気化される。熱流体は同様に、ランキンサイクルなどのサイクルに適合された有機液体であってもよい。流体は、例えばＨｏｎｅｙｗｌｌによって市販されているＧｅｎｅｔｒｏｎ（登録商標）２４５ＦＡであってよい。
【００２６】
図２を見ればわかるように、熱交換器７は、その第１の側４９および第２の側５１の間に間置された中間壁４７を含む。
【００２７】
中間壁４７は、各々一定量の相変化物質を収納する複数のキャビティ５３を含む。典型的には、中間壁４７は本質的に、優れた熱導体である材料、例えばアルミニウム、アルミニウム合金または鋼で構成されている。
【００２８】
このキャビティ５３は完全に閉鎖され、他のキャビティ５３から隔離されている。したがって、キャビティ５３内に収納された相変化物質は、キャビティの外側の媒質から完全に隔離されている。
【００２９】
キャビティ５３は、壁４７の表面の最大限の部分上で好ましくは等分布している。好ましくはキャビティ５３は、壁４７の全表面上に等分布している。
【００３０】
中間壁４７は、排気ガスと熱接触状態にある第１の交換表面５５と、熱交換流体と熱接触状態にある第２の交換表面５７を有する。
【００３１】
表面５５および５７は、中間壁の２つの大きな相対する面を形成する。
【００３２】
典型的には、第１の交換表面５５は、熱交換器の第１の側で循環する排気ガスと直接接触している。
【００３３】
表面５５は、熱交換器の第１の側を部分的に画定する。
【００３４】
同様に、第２の熱交換表面５７は好ましくは、第２の側を循環する熱交換流体と直接接触している。表面５７は、熱交換器の第２の側を部分的に画定する。
【００３５】
こうして、熱交換器７は、排気ガスを第１の熱交換流体と熱接触状態に置くように構築されており、排気ガスは中間壁を通してこの熱交換流体に対しその熱エネルギーの一部分を放出する。
【００３６】
相変化物質は典型的には１つ以上の無機塩を含む。これらの無機塩は、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＬｉＯＨ、ＮａＮＯ２、ＮａＮＯ３、ＫＮＯ３、Ｃａ（ＮＯ３）２、ＬｉＮＯ３、ＫＣＩ、ＬｉＣＩ、ＮａＣＩ、ＭｇＣＩ２、ＣａＣＩ２、Ｎａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、Ｌｉ２ＣＯ３、ＫＦ、ＬｉＦを含む群から選択される。
【００３７】
例えば、相変化物質は、これらの無機塩の１つまたはこれらの無機塩の２つ以上の混合物で構成されている。
【００３８】
相変化物質は同様に、Ｓｎ、ＰｂおよびＺｎから選択された１つ以上の金属を含んでいてよい。有利には、前記物質は、Ｓｎ、ＰｂおよびＺｎから選択された１つ以上の金属で構成されている。
【００３９】
相変化物質は１００℃〜５００℃、好ましくは１５０〜４００℃、そしてさらに好ましくは２００〜３５０℃の間に含まれる溶融温度を有する。
【００４０】
相変化物質は典型的には１００〜３００ｋＪ／ｋｇの間に含まれる、例えば１５０〜２５０ｋＪ／ｋｇの間に含まれる融解潜熱を有する。
【００４１】
例えば、相変化物質は、約６０％のＮａＮＯ３と４０％のＫＮＯ３を含む二成分塩である。あるいは、相変化物質は約４８％のＣａ（ＮＯ３）２、７％のＮａＮＯ３および４５％のＫＮＯ３を含む三成分塩でありＨｉｔｅｃＸＬの名称で市販されている塩であってよい。
【００４２】
中間壁中に収納される相変化物質は、熱エネルギーの緩衝能力を形成するために提供されている。
【００４３】
こうして、交換機の第１の側で排気ガスにより提供される熱エネルギーが、回収閉サイクルにより吸収され得るエネルギーよりも大きい場合、余剰なエネルギーの一部分は中間壁の相変化物質内に貯蔵される。上述のように、これらの材料は、比較的高い融解潜熱を有し、余剰のエネルギーは前記相変化物質を溶解させる。逆に、交換機の第１の側に対して排気ガスにより提供されるエネルギーが閉サイクルにより回収されるエネルギーよりも小さい場合、相変化物質は予め溶解した材料の凝固により、貯蔵された熱エネルギーを戻す。
【００４４】
中間壁に内蔵されている相変化物質質量は、０．１〜１０ｋＷｈ、好ましくは０．５ｋＷｈ〜５ｋＷｈの間に含まれる全熱エネルギーの貯蔵を可能にするように選択される。
【００４５】
例えば、質量は、１ｋＷｈ〜２ｋＷｈの間に含まれるエネルギーの貯蔵を可能にするように選択される。
【００４６】
さらに、ランキンサイクル１９は、釣鐘曲線の形状を有する収量対温度の関係を有する。ここで関連する温度は、熱交換器７の出口における熱交換流体の温度である。熱交換流体の蒸発開始時の温度より低い温度でこの収量はゼロである。それは、このサイクルが寸法設定されている基準温度Ｔｒｅｆに至るまで増大する。相変化物質は、その溶融温度がランキンサイクルの最適な運転温度に実質的に対応するように選択される。例えば、前記溶融温度は、ＴｒｅｆとＴｒｅｆ＋１００℃の間、好ましくはＴｒｅｆとＴｒｅｆ＋５０℃の間に含まれている。
【００４７】
配向機構１５は、Ｔ−交差点２１上に取付けられた３方弁である。これはコンピュータ１７により制御される。３方弁は、選択的に、熱交換器７に向かって排気ガスの全てを選配向するか、排気ガスの全てをバイパス導管１３に向かって配向するか、または交換器７に向かって排気ガスの規定の一画分をそして残りの排気ガスをバイパス導管に向かって配向してよい。前記画分は、以下で記述する通りコンピュータ１７により決定される。
【００４８】
排気ラインにはさらに、排気ガスの温度を測定するためのセンサー４７および、例えば上流側導管９内に設置された排気ガスの流量を測定するためのセンサー４９が備わっている。これらのセンサーは、コンピュータ１７に情報を提供する。
【００４９】
排気ラインはさらに、熱交換流体の温度を測定するためのセンサー５１、および熱交換器７の第２の側の出口３３をタービン２５に連絡する導管３１上に設置された前記熱交換流体の圧力を測定するためのセンサーを含む。これらのセンサーはコンピュータ１７に情報を提供する。
【００５０】
以上で記したとおり、自動車のエンジンは、変動する負荷で作動している。エンジンがアイドリング状態にあるとき、運転者が求める出力は、約０ｋＷである。車両が４０ｋｍ／ｈで走行している場合、運転者が求める出力は１０ｋＷである。急激な加速の場合、エンジンに求められる出力は最高１００ｋＷにまで上昇するかもしれない。閉サイクル１９は、排気ガス内で約４０ｋＷの熱出力を回収することを目的として寸法設定されている。
【００５１】
したがって、熱機関が高い負荷の下で作動する段階においては、エンジンを退出する排気ガス中で利用可能な熱出力は、例えば６０ｋＷである。この場合、閉サイクルは、排気ガス中の約４０ｋＷの熱出力を回収し、余剰の２０ｋＷの部分は、相変化物質により貯蔵される。反対に、熱機関が小さい負荷で作動している段階においては、排気ガス中で利用可能な熱出力は例えばわずか２０ｋＷである。相変化物質が形成する緩衝能力はこのとき全て放出され、相変化物質中に貯蔵された熱エネルギーの一部分は閉サイクルの熱交換流体へと移送される。
【００５２】
上述の排気ラインの制御についてここで図３を参照しながら詳述する。ステップＳ１では、コンピュータは温度Ｔおよびマニホルド３の出口における排気ガス流の流量Ｑをセンサー４７および４９を介して獲得する。これらの値から、コンピュータはステップＳ２において、排気ガス内で利用可能であり熱交換器７内で閉サイクル１９によって回収されてよい熱エネルギーＥｄｉｓｐｏを評価する。
【００５３】
ステップＳ３では、コンピュータはセンサー５１および５３からランキンサイクルの熱交換流体の圧力Ｐおよび温度Ｔを獲得する。獲得した圧力および温度値から、コンピュータはステップＳ４において、ランキンサイクルが実際に受け取っている熱エネルギーＥｃｏｎｓｏを評価する。この熱エネルギーは、タ−ビンにより機械的エネルギーに変換されるかまたは失われる。
【００５４】
ステップＳ５では、コンピュータは相変化物質の負荷を評価する。負荷とはここでは、その瞬間における相変化物質内に貯蔵された熱エネルギーの量を意味する。この負荷は、相変化物質の熱エネルギー貯蔵の総容量の百分率として表わされてよい。この負荷は、貯蔵されたエネルギーとして直接表現されてもよい。相変化物質の負荷は、例えば相変化物質についてのエネルギー収支を定期的に決定することによって計算される。瞬間ｔ＋１における相変化物質の負荷は、時間ｔにおける相変化物質の負荷に、交換器内で排気ガスにより実際に放出されるエネルギーを加え、閉サイクルが実際に受け取ったエネルギーＥｃｏｎｓｏを差し引いたものに等しい。交換器内で排気ガスにより実際に放出されるエネルギーは、コンピュータにより、なかでも排気ガス中で利用可能な熱エネルギーＥｄｉｓｐｏ、交換器に向かって配向された排気ガス流の画分、ステップ３で獲得した閉サイクル中の熱流体の圧力および温度から評価される。
【００５５】
ステップＳ６では、コンピュータは、ステップＳ２で評価された排気ガスにより提供された熱エネルギーＥｄｉｓｐｏ、センサー５１を介して獲得された閉サイクルの熱交換流体の流体温度Ｔ、および／またはステップＳ５で評価された相変化物質の負荷に応じて、熱交換器７に向かって配向されなくてはならない排気ガス流の画分を決定する。
【００５６】
熱交換器７に向かって配向されていない排気ガス流の画分は、バイパス導管に向かって配向される。
【００５７】
コンピュータは次に、排気ガス流がステップＳ６で決定されるように交換器に向かっておよびバイパス導管に向かって分配される位置に至るまで、３方弁１５のプレートの移動を制御する。このプレートの位置は、少なくとも管寄せから退出する排気ガス流量および交換器に向かって配向されるべき排気ガス流の画分に応じて、表中または規定の曲線上でコンピュータにより読み取られる。
【００５８】
熱交換器に向かって配向された排気ガス流の画分は、例えば図４のグラフを用いることにより、コンピュータにより決定される。この図には相変化物質の負荷にしたがってパラメータ化された状態で、曲線網が示されている。各曲線は、相変化物質の異なる負荷条件に対応している。ここでは３本の曲線しか具体的に描かれていないが、コンピュータのメモリーにははるかに多数の曲線を収納することができる。実線の曲線は、０％の負荷に対応し、破線の２本の曲線は５０％および１００％の負荷に対応する。各曲線は、エンジンを退出する排気ガスにより提供される熱エネルギーに応じて、交換器に向かって配向された排気ガス流の画分を表わしている。
【００５９】
図４から、排気ガスによって提供されるエネルギーが基準エネルギーＥｒｅｆよりも小さい場合、排気ガスの１００％が熱交換器７に向かって配向されるということがわかる。Ｅｒｅｆは、例えば、回収閉サイクルが寸法設定されている熱エネルギーに対応する。例えば、Ｅｒｅｆは４０ｋＷという値を有する。
【００６０】
排気ガスにより提供されるエネルギーがＥｒｅｆより大きい場合、熱交換器に向かって配向される排気ガスの流れの画分は、漸進的に減少させられる。この画分が減少する速さは、相変化物質の負荷により左右される。負荷が０％である場合、画分は比較的緩慢に減少する。負荷が５０％である場合、この画分はさらに速く減少し、負荷が１００％である場合、画分はさらに一層速く減少する。
【００６１】
Ｅｒｅｆを超える曲線の部分は、直線として示した。しかしながら、これらの部分は別の形状を有していてよく、弓形であるかまたは弓形部分を含んでいてよい。
【００６２】
図４の曲線は、実際には、シミュレーションによっておよび／または実験的に決定される。
【００６３】
あるいは、交換器に向かって配向される排気ガス流の画分は、図５のグラフを用いてコンピュータによってステップＳ６中で決定されてもよい。
【００６４】
このグラフは、交換器の出口における熱流体の温度に応じてパラメータ化された曲線網を含む。各曲線は、閉サイクル１９の熱交換流体について獲得した異なる温度に対応している。実線の曲線は、閉サイクルが寸法設定された熱交換流体の温度に対応する。熱交換流体が水である場合、この温度は例えば２５０℃であってよい。この温度は同様に、２５０℃と著しく異なるものであってもよい。
【００６５】
鎖線の曲線は、基準温度より低い獲得温度に対応する。破線の曲線は、基準温度より高い獲得温度に対応する。図５には３本の曲線のみ示されているが、より多くの曲線をコンピュータのメモリーに組込むことが可能である。
【００６６】
図４の場合と同様に、排気ガスにより提供されるエネルギーが基準エネルギーよりも小さい場合、排気ガス流の１００％が熱交換器に向かって配向される。
【００６７】
提供されるエネルギーが基準エネルギーより大きい場合、交換器に向かって配向される排気ガス流の画分は、漸進的に減少する。この画分は、獲得した温度が閉サイクルの寸法設定のための基準温度に対応する場合、平均的速度で減少する。この画分は、獲得した温度が基準温度より低い場合、より低速で減少する。この画分は、獲得した温度が基準温度より高い場合、より高速で減少する。
【００６８】
図示していない別の変形形態において、コンピュータは、相変化物質の負荷と熱交換流体の獲得曲線の両方にしたがって、パラメータ化された曲線網を用いて交換器に向かって配向された排気ガス流の画分を決定してよい。
【００６９】
上述の排気ラインは、多数の利点を有する。
【００７０】
熱交換器は、熱交換器の第１の側と第２の側の間に間置された中間壁を含み、この中間壁は、相変化物質を収納する少なくとも１つの閉鎖キャビティを含み、この壁は排気ガスと熱接触状態にある第１の交換表面と熱交換流体と熱接触状態にある第２の交換表面とを有することから、回収閉サイクルは有意な熱慣性を有し、これによりエンジンを退出する排気ガスが提供する熱エネルギーの量の変動を減衰させることが可能である。
【００７１】
実際には、熱交換器の内部に熱エネルギーを一定量貯蔵してもよい。
【００７２】
排気において利用可能なエネルギーが、閉サイクルが回収し使用に供し得るエネルギーよりも大きい場合、相変化物質は負荷を受ける。この負荷は、相変化物質を溶融させることで達成され、この相変化物質は固体状態から液体状態へと変換される。このような相変化は、前記物質を溶融させるための潜熱に対応する有意な量の熱エネルギーを吸収する。
【００７３】
反対に、排気において利用可能なエネルギーの量が、閉サイクルが回収し使用に供し得る出力よりも少ない場合、相変化物質は貯蔵された熱エネルギーの一画分を放出し、閉サイクルの熱交換流体に対して余剰のエネルギーを移送する。
【００７４】
こうして、回収閉サイクルは、たとえ排気ガスにより提供されるエネルギーが低下しても、一定の時間作動し続けることができる。
【００７５】
一方、排気ガスにより提供されるエネルギーが長期にわたり低レベルに維持される場合、閉サイクルには、相変化物質がひとたびその熱エネルギーを完全に放出した時点で、アンプライミングが起こる。このアンプライミングは、熱交換流体が、その蒸発温度よりも低い温度で熱交換器７から流出する場合に起こる。本発明によると、閉サイクルのアンプライミングの時点を遅延させることが可能である。
【００７６】
その上、交換器内で熱エネルギーの緩衝体を形成する相変化物質を使用することで、閉サイクルをその基準温度にできるだけ近い温度で作動させることが可能となる。実際、相変化物質の溶融温度は、熱交換流体の基準温度に近づけて選択される。熱交換器の出口における熱交換流体の温度が低下し基準温度よりも低くなった場合、相変化物質中に貯蔵された熱エネルギーの一部分は熱交換流体に移送される。反対に、交換器の出口における熱交換流体の温度が基準温度より高い場合、相変化物質は、排気ガスから熱交換流体へと移送された熱エネルギーの一部分を取り込むことでその負荷を増大させる。この機序は、熱交換流体をその基準温度近く、すなわち閉サイクルの効率が最適である温度に維持することに寄与するかもしれない。
【００７７】
熱交換器から下流側に位置設定されたＴ交差点に配向機構を位置づけしてよいということに留意すべきである。さらに、この機構は３方弁でなくてもよく、交換器を通して排気ガス流を変調させるためにバイパス導管上に１つそして交換器と直列にもう１つという２つの比例２方弁を含んでいてもよい。
【００７８】
エネルギー回収閉サイクルは、ランキンサイクルでなく、ヒルンサイクルまたは他の任意の適切なサイクルであってよい。
【００７９】
中間壁の相変化物質内に貯蔵された熱エネルギーの量を表わす第３の数量は、
熱交換器内で閉サイクルが実際に受け取る熱エネルギー量を表わす第４の数量を評価すること、
少なくとも第１の数量および第４の数量から第３の数量を推測すること、によって評価されるという点に留意すべきである。
【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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