串并聯(lián)廢熱回收系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及與來自內(nèi)燃機的廢熱連接的廢熱回收(WHR)系統(tǒng)，更具體地，涉及用于提高WHR工作流體的廢熱回收的靈活性的設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]廢熱回收系統(tǒng)使得能夠利用排氣和其它熱源中的能量，若不加利用，它們將白白損失。當(dāng)結(jié)合在具有內(nèi)燃機的汽車中時，廢熱回收系統(tǒng)增加了某些優(yōu)點。例如(但不限于此)，廢熱回收系統(tǒng)可設(shè)計成回收來自排氣或EGR(排氣再循環(huán))系統(tǒng)的熱量，這降低了發(fā)動機冷卻系統(tǒng)上的冷卻負(fù)荷。另外，廢熱回收系統(tǒng)能夠從離開尾管或排氣管的排氣中獲得有用的能量，否則，它們將流失到環(huán)境中。
[0003]所回收的廢熱的量可以根據(jù)不同的條件而改變，例如包括發(fā)動機負(fù)荷和發(fā)動機運行時間。
[0004]作為一個示例，與車輛已經(jīng)變熱后或者在中到高RPM運行期間相比，在起動后不久或者在低RPM運行期間，僅有較少的熱量可供回收。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會理解，在能夠從工作流體中有效地產(chǎn)生有用的能量之前，WHR中使用的工作流體必須被加熱到最小閾值。被設(shè)計成僅在中等或高發(fā)動機負(fù)荷或廢熱運行期間或者車輛已經(jīng)變熱后才有效獲得能量的系統(tǒng)可能在低發(fā)動機負(fù)荷運行期間或開始起動后不久不能非常有效地獲得能量。
[0005]作為另一個示例，與起動后不久或在低發(fā)動機負(fù)荷運行期間相比，在車輛已經(jīng)變熱后以及在中到高發(fā)動機負(fù)荷運行期間，有大量的廢熱可供回收。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會理解，在工作流體已經(jīng)被加熱和使用后，可以獲得WHR中的能量，其在能夠被重新加熱以獲得更多能量之前必須頻繁地被冷卻和冷凝。被設(shè)計成僅在起動后不久或在低發(fā)動機負(fù)荷運行期間能最有效地獲得能量的系統(tǒng)可能在高發(fā)動機負(fù)荷期間過度地加熱工作流體，因此，增加了冷卻和冷凝循環(huán)的持續(xù)時間，卻未增加所能獲得的能量的量。
[0006]本發(fā)明提供了用于提高WHR工作流體的廢熱回收的靈活性的方法和設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，廢熱回收系統(tǒng)包括第一加熱管線、第二加熱管線、閥部分、至少一個溫度傳感器和一個或多個電子裝置。該第一加熱管線位于工作流體回路中并包括第一熱交換器，該第一熱交換器被以可操作方式連接以將熱能傳遞給工作流體。該第二加熱管線位于工作流體回路中并包括第二熱交換器，該第二熱交換器被以可操作方式連接以將熱量傳遞給工作流體。該閥部分位于工作流體回路中，以可操作方式連接至第一加熱管線和第二加熱管線并能被選擇性地控制以提供第一構(gòu)造和第二構(gòu)造，在該第一構(gòu)造中，第一熱交換器和第二熱交換器以可操作方式并聯(lián)連接至工作流體回路，在該第二構(gòu)造中，第一熱交換器和第二熱交換器以可操作方式串聯(lián)連接至工作流體回路。所述至少一個溫度傳感器被以可操作方式連接以監(jiān)測工作流體和排氣流中的至少一個的溫度并產(chǎn)生表示所述工作流體和排氣流中的至少一個的溫度的輸出信號。所述一個或多個電子裝置被以可操作方式連接以接收所述至少一個溫度傳感器的輸出信號并響應(yīng)于該輸出信號來控制所述閥部分的構(gòu)造。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，廢熱回收系統(tǒng)包括泵、膨脹器、冷凝器、第一加熱管線、第二加熱管線、閥部分、至少一個溫度傳感器和一個或多個電子裝置。該泵位于工作流體回路中并被以可操作方式連接以泵送工作流體回路中的工作流體。該膨脹器位于工作流體回路中并被以可操作方式連接以接收工作流體。該冷凝器位于工作流體回路中并被以可操作方式連接以接收來自所述膨脹器的工作流體。該第一加熱管線位于工作流體回路中并包括第一熱交換器，該第一熱交換器被以可操作方式連接以將熱能傳遞給工作流體。該第二加熱管線位于工作流體中并包括第二熱交換器，該第二熱交換器被以可操作方式連接以將熱量傳遞給工作流體。該閥部分位于工作流體回路中，以可操作方式連接至第一加熱管線和第二加熱管線并能被選擇性地控制以提供第一構(gòu)造和第二構(gòu)造，在該第一構(gòu)造中，第一熱交換器和第二熱交換器以可操作方式并聯(lián)連接至工作流體回路，在該第二構(gòu)造中，第一熱交換器和第二熱交換器以可操作方式串聯(lián)連接至工作流體回路。所述至少一個溫度傳感器被以可操作方式連接以監(jiān)測工作流體和排氣流中的至少一個的溫度并產(chǎn)生表示所述工作流體和排氣流中的至少一個的溫度的輸出信號。所述一個或多個電子裝置被以可操作方式連接以接收所述至少一個溫度傳感器的輸出信號并響應(yīng)于該輸出信號來控制所述閥部分的構(gòu)造。
[0009]根據(jù)本實施例的另一個方面，一種用于廢熱回收系統(tǒng)中回收廢熱的方法，該廢熱回收系統(tǒng)設(shè)有:工作流體回路；泵，該泵用于泵送工作流體回路中的工作流體；膨脹器，該膨脹器用于接收工作流體；冷凝器，該冷凝器用于接收來自膨脹器的工作流體；第一加熱管線，該第一加熱管線位于工作流體回路中并包括第一熱交換器，第一熱交換器被以可操作方式連接以將熱能傳遞給工作流體；和第二加熱管線，該第二加熱管線位于工作流體回路中并包括第二熱交換器，第二熱交換器被以可操作方式連接以將熱量傳遞給工作流體，所述方法包括以下步驟:選擇性地控制與所述工作流體回路、第一加熱管線及第二加熱管線連接的閥部分，以提供具有第一構(gòu)造和第二構(gòu)造的所述閥部分，在該第一構(gòu)造中，第一熱交換器和第二熱交換器并聯(lián)連接至工作流體回路，在該第二構(gòu)造中，第一熱交換器和第二熱交換器串聯(lián)連接至工作流體回路；使用至少一個溫度傳感器來監(jiān)測工作流體和排氣流中的至少一個的溫度并產(chǎn)生表示所述工作流體和排氣流中的至少一個的溫度的輸出信號；以及，使用一個或多個電子裝置來接收所述至少一個溫度傳感器的輸出信號并響應(yīng)于該輸出信號來控制所述閥部分的構(gòu)造。
【附圖說明】
[0010]圖1示出了根據(jù)一個實施例的廢熱回收系統(tǒng)的示意圖。
[0011 ] 圖2示出了一個實施例中的并聯(lián)連接的第一和第二熱交換器的示意圖。
[0012]圖3示出了一個實施例中的串聯(lián)連接的第一和第二熱交換器的示意圖。
[0013]圖3示出了一個實施例中的串聯(lián)且并聯(lián)連接的第一和第二熱交換器的示意圖。
【具體實施方式】
[0014]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的廢熱回收系統(tǒng)10的實施例。所示出的廢熱回收系統(tǒng)10包括工作流體回路12，該工作流體回路12形成一個閉合回路，工作流體在該閉合回路中循環(huán)。
[0015]位于工作流體回路12中的膨脹器14被以可操作方式連接以接收工作流體。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識到，該膨脹器以可操作方式連接以便被工作流體驅(qū)動而將工作流體中的熱能轉(zhuǎn)換為機械能，例如扭矩或電力。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識到，膨脹器14的輸出軸(未示出)可連接成驅(qū)動發(fā)電機(未示出)或連接成向發(fā)動機(未示出)提供扭矩。該膨脹器可以是能從工作流體中回收熱量并輸出機械功率的任何裝置，包括但不限于:渦輪機、渦旋膨脹器或熱電轉(zhuǎn)換器。
[0016]位于工作流體回路12中的冷凝器20被以可操作方式連接以接收離開膨脹器14的工作流體。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識到，冷凝器20冷卻并冷凝該工作流體。冷凝器冷卻器回路(未示出)被連接用于從冷凝器20中帶走從工作流體傳遞給冷卻流體的熱量。該冷凝器冷卻回路(未示出)可方便地連接至車輛冷卻系統(tǒng)，即，散熱器或另一冷卻系統(tǒng)。
[0017]位于工作流體回路12中的泵24被以可操作方式連接，以泵送工作流體回路12中的工作流體，例如從工作流體儲存器27泵送至工作流體回路12的加熱側(cè)，工作流體在該加熱側(cè)被加熱。
[0018]工作流體回路12的所述加熱側(cè)包括第一加熱管線30和第二加熱管線40。第一加熱管線30包括第一熱交換器36，該第一熱交換器36被以可操作方式連接以從熱源(如37處)將熱量傳遞給位于第一熱交換器36中的工作流體(如38處)。第二加熱管線40包括第二熱交換器46，該第二熱交換器46被以可操作方式連接以從熱源(如47處)將熱量傳遞給位于第二熱交換器46中的工作流體(如48處)。該熱源可以是與具有內(nèi)燃機的車輛相關(guān)聯(lián)的任何熱量產(chǎn)生或熱處理系統(tǒng)，該內(nèi)燃機包括發(fā)動機排氣、發(fā)動機冷卻劑系統(tǒng)、排氣再循環(huán)(EGR)冷卻器、中冷器、發(fā)動機油冷卻器、或上述這些的一些組合。
[0019]根據(jù)本實施例的一個方面，廢熱回收系統(tǒng)10設(shè)有位于工作流體回路12中的閥部分50，該閥部分50以可操作方式連接至第一加熱管線30和第二加熱管線40。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，閥部分50被構(gòu)造成運行串聯(lián)或并聯(lián)的第一熱交換器36和第二熱交換器46。如圖2所示，閥部分50可被選擇性地控制以提供第一構(gòu)造51，在該第一構(gòu)造51中，第一熱交換器36和第二熱交換器46以可操作方式并聯(lián)連接至工作流體回路12。如圖3所示，閥部分50可被選擇性地控制以提供第一構(gòu)造51，在該第一構(gòu)造51中，第一熱交換器36和第二熱交換器46以可操作方式串聯(lián)連接至工作流體回路12。
[0020]如圖2和3所示，閥部分50可以包括壓力止回閥55和調(diào)節(jié)流量的流量閥56 ;然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識到，也可提供各種閥結(jié)構(gòu)來用于該目的并且，提供能選擇性地并聯(lián)或串聯(lián)運行第一熱交換器36和第二熱交換器46的任何類型的閥結(jié)構(gòu)都在本實施例的范圍內(nèi)。作為示例，圖4示