用于使液化天然气（lng）蒸发的系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于在具有用天然气来运行的发动机的车辆内使液化天然气(LNG)蒸发的系统。
【背景技术】
[0002]废气-热力发动机可以用于回收车辆的废气的热能的一部分并且由此用于提高发动机尤其是载重车的发动机的效率。用这种废气-热力发动机可以节省大约5%的燃料。
[0003]用天然气作为燃料由内燃机来运行的车辆久为人知，并且被称为天然气汽车、天然气轿车或者英语“Natural Gas Vehicle”(NGV)或者“CNG Vehicle^CCNG =aCompressedNatural Gas”)。在内燃机的气缸中，燃烧准备好的天然气-空气-混合物。为了有足够的能量密度，将天然气(CNG)压缩并储存在大约200bar的压力下。常规的汽油发动机(汽油机)用作内燃机。在商用车领域中存在经改装的柴油机，所述柴油机可以将天然气用作燃料，例如 DING-发动机(“Direct Inject1n Natural Gas”)。液化天然气(LNG = “LiquidNatural Gas”)越来越多地尤其是在美国并且在亚洲用作载重车的燃料。天然气以液化的形式存在，并且在从车辆储罐中取出时蒸发。蒸发器用来自发动机的冷却回路的冷却剂液来加热。
[0004]天然气的主要组成部分是甲烷，天然气可以非常清洁地燃烧。与汽油车相比，产生较少的二氧化碳、较少的一氧化碳和较少的碳氢化合物。与柴油车相比，在总体上产生较少的一氧化碳、较少的碳氢化合物、较少的氧化氮并且几乎不产生炭黑颗粒。用于驱动机动车的天然气也可以非常容易地通过处理从生物气中提取。生物气和化石天然气于是可以混合地存在。生物天然气例如可以从腐烂的食物或者其他生物废料中获得。因此用天然气进行的再生的能量生产不直接与食品生产相竞争(其他生物燃料的问题)。天然气是少数再生的、可以长期地(在几个月的范围内)加以储存的能量载体之一，并且因此将来对于车辆驱动发挥越来越大的作用。
[0005]为了作为LNG来储存而将天然气液化大约需要气体的内能(Energieinhalt)的10-25%。这种能量在通过来自所述发动机的冷却回路的冷却剂液体来加热(LNG的蒸发)时会失去。
[0006]在对LNG加热时所失去的能量应该至少部分地加以回收，以改进天然气汽车的能量平衡。
【发明内容】
[0007]本发明建议一种按权利要求1所述的、用于在具有用天然气来运行的发动机中使液化天然气(下面称为“LNG”)蒸发的系统。有利的设计方案从从属权利要求和以下说明中获得。
[0008]按本发明的系统包括用于LNG的蒸发器以及热力发动机、尤其是用于从车辆的废气中回收热能的废气-热力发动机。按照本发明，用于LNG的蒸发器现在被耦合到所述热力发动机上，其中所述热力发动机具有用于使冷却剂冷凝的冷凝器并且为了进行热交换该冷凝器与用于LNG的蒸发器处于作用连接之中。
[0009]为了建立这种热交换，本领域的技术人员已知不同的措施。例如可以将所述冷却剂的管路围绕着或者也可以通过用于LNG的蒸发器来敷设，或者可以将用于LNG的管路围绕着或者通过所述冷凝器来敷设，或者将这两个管路热交换地沿着彼此来敷设。最后，热交换可以通过另外的介质来进行。
[0010]热力发动机在理想情况下可以作为卡诺循环来描述，在所述卡诺循环中废气将第一热量输送给所述热力发动机的冷却剂，其中这种热交换通过使所述冷却剂蒸发的蒸发器来进行。在较高的温度和较高的压力情况下蒸气用于运行膨胀机。在此产生电能和/或机械能。通过这种方式可以回收废气的热能的一部分。随后将所述冷却剂输送给冷凝器，在所述冷凝器中所述冷却剂得到冷凝，随后借助于栗又将其输送给所述蒸发器。
[0011]理想的卡诺循环的效率为 n =1-VT0,
其中τ。是较高的温度、也就是所述蒸发器中的冷却剂的温度，并且Tu是较低的温度，也就是所述冷凝器中的冷却剂的温度。从公式中可以看出，如果降低所述较低的温度Tu，就可以提高效率。本发明实现了这一点。由于所述冷凝器与用于LNG的蒸发器的热耦合而可以实现所述较低的温度1；的降低。由此可以更加有效地运行所述热力发动机。此外，按照本发明可以回收为了使天然气液化而耗费的能量的一部分。按本发明的系统的总效率由此高于单独废气-热力发动机的总效率。
[0012]按本发明的系统尤其适合于用天然气来运行的机动车，尤其是适合于载重车(LKff)0也就是说，优选将蒸发冷度(Verdampfungskaite)用于将LNG保持在液态的状态中。这一点尤其在无持续较长时间的中断的情况下运行车辆时实现，例如对于LKW来说就是这种情况。
[0013]作为所述热力发动机的膨胀机，在实践中活塞机械或者涡轮机已经证实是有利的。
[0014]在一种特别有利的设计方案中，为了进行热交换所述热力发动机的冷凝器与车辆的冷却剂回路、尤其是与车辆的一个或所述发动机冷却回路处于作用连接之中。关于用于建立这种热交换的措施，以类似的方式适用上面所作的描述。
[0015]在该设计方案中，可以实现热交换的第一和第二级，其中原则上可以在所述系统的运行中并且由此在所述车辆的运行中可选地使用所述两个级之一，或者但是也可以将所述两个级之一布置在相应地另一个级之前。
[0016]有利地，一方面所述热力发动机的冷凝器与用于LNG的蒸发器之间的作用连接并且另一方面所述冷凝器与所提到的(发动机_)冷却剂回路之间的作用连接如此设计，使得为了进行热交换所述热力发动机的冷却剂在第一级中与所述(发动机_)冷却回路处于作用连接之中并且在第二级中与用于LNG的蒸发器处于作用连接之中。特别地所述第一级布置在所述第二级之前，其中两个级均被通过。通过这种方式所述冷却剂被两级式地冷却，用于目标明确地利用LNG的冷能量。在所述第一级中，例如用所述(发动机_)冷却回路的冷却水来尽可能地对所述冷却剂进行冷却并且部分地使其冷凝。而后在所述第二步骤中使所述冷却剂在所述LNG蒸发器中完全冷凝。
[0017]在所述两级的热交换的、这种有利的实施方式中，有利的是，所述热力发动机具有旁通管路，该旁通管路在所述第一级旁导送所述热力发动机的冷却剂。特别地在车辆发动机的暖机过程情况下，所述(发动机_)冷却回路中的冷却水还是冷的(环境温度)，同样的情况适用于所述热力发动机中的冷却剂，但是所述冷却剂的温度由于废气热而上升得比所述(发动机_)冷却回路的温度快。为了因而有足够的热可供LNG的蒸发所用，有意义的是，在所提到的第一级旁导送所述热力发动机的一部分冷却剂流或者全部冷却剂流，并且将其直接导送给所述第二级。为此，优选可以设置控制单元，该控制单元如此操控相应的阀，从而只要所述(发动机_)冷却回路中的温度未超过预先给定的温度(例如工作温度)，就通过所述旁通管路来导送所述热力发动机的冷却剂。
[0018]本发明的其他优点和设计方案从说明书和附图中