[發明專利]用于發電和發動機預熱的廢熱回收

有效

• 申請號: 201711004967.7
• 申請日: 2017-10-25
• 公開（公告）號: CN108005811B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 周時光
• 申請（專利權）人: 福特環球技術公司
• 主分類號: F02G5/04
• 分類號: F02G5/04;F01K23/10;F02N19/10
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙志剛;趙蓉民

本發明涉及用于發電和發動機預熱的廢熱回收。提供用于加熱發動機和從共用的廢熱回收系統產生能量的方法和系統。在一個示例中，方法包括：響應于第一狀況，經由膨脹器使廢熱回收系統的工作流體膨脹以產生電力；以及響應于第二狀況，經由膨脹器壓縮廢熱回收系統的工作流體以將熱傳遞到發動機。

技術領域

本說明書整體涉及用于控制廢熱回收系統以同時發電并加溫發動機的方法和系統。

背景技術

用于車輛的廢熱回收系統可以從發動機排氣、發動機冷卻劑、發動機油和/或變速器流體中回收熱能，否則這些熱能將消散到周圍環境中。廢熱回收系統通常包括用于從發動機冷卻劑、發動機油和/或變速器流體吸收熱的(一個或多個)熱交換器，用于加熱工作流體的蒸發器，用于產生機械功的膨脹器(expander)，用于冷卻工作流體的冷凝器和用于將工作流體推回到(一個或多個)熱交換器的泵。然后，機械功可以例如經由發電機轉換為能量以存儲在車輛電池中。

一個示例性廢熱回收系統由Zhou在美國專利申請公開No.2016/0201519中示出。其中，車輛設置有發動機。車輛還具有在閉合回路中相繼流體連通的膨脹器、冷凝器和泵，該閉合回路包括經配置在來自發動機的排氣和工作流體之間傳遞熱的蒸發器。

然而，本發明人已經認識到此類系統的潛在問題。作為一個示例，車輛通常包括熱傳遞系統，以便在發動機冷起動狀況下加熱發動機冷卻劑、發動機油和/或變速器流體，以提高發動機效率并減少排放。與廢熱回收系統分開的此類系統通常至少需要熱交換器、加熱回路和若干個控制閥，這增加了系統成本和包裝空間。

發明內容

在一個示例中，上述問題可以通過一種方法來解決，該方法包括：響應于第一狀況，經由膨脹器使廢熱回收系統的工作流體膨脹以產生電力；以及響應于第二狀況，經由膨脹器壓縮廢熱回收系統的工作流體以將熱傳遞到發動機。以這種方式，可以區別地操作廢熱回收系統的膨脹器，以例如將廢熱轉換為能量(例如，電力)以儲存在車輛電池中，或者例如泵送工作流體以將吸收的廢熱經由一個或多個發動機部件熱交換器傳遞到發動機。

作為一個示例，廢熱回收系統中的工作流體可以經由與來自發動機的排氣熱連通的蒸發器進行加熱。然后，將加熱的工作流體經由第一流動路徑或第二流動路徑引導到膨脹器。引導工作流體通過第一流動路徑使得工作流體經過膨脹器膨脹，并且該膨脹驅動膨脹器沿第一方向旋轉，這進而驅動發電機產生電力。引導工作流體通過第二流動路徑使得工作流體經由膨脹器沿第二方向的旋轉(這由馬達驅動)而在膨脹器處被壓縮。壓縮的工作流體通過壓縮被加壓到足夠的程度，以驅動工作流體流動通過一個或多個發動機部件熱交換器。通過這樣做，發動機加熱和廢熱能產生兩者都可以由單個系統提供，從而減少或消除對發動機冷卻系統閥、熱交換器和/或其它部件的需要。進一步地，通過經由膨脹器沿第二方向旋轉而使工作流體從膨脹器直接流動到一個或多個發動機部件熱交換器，可以避免系統的其他部件(例如，冷凝器、泵和相關聯的管道)處的熱損失。

應當理解，提供上面的發明內容是為了以簡化的形式引入將在具體實施方式中進一步描述的概念的選擇。這并不意味著確定所要求保護的主題的關鍵或必要特征，其范圍由所附的權利要求唯一地限定。此外，所要求保護的主題不限于解決上述或在本公開的任何部分中提出的任何缺點的實施方式。

附圖說明

圖1示意性地示出可以聯接到發動機并安裝在車輛中的示例性廢氣回收系統。

圖2示意性地示出以第一操作模式操作的圖1的示例性廢氣回收系統的部件。

圖3示意性地示出以第二操作模式操作的圖1的示例性廢氣回收系統的部件。

圖4是示出用于操作圖1至圖3的廢熱回收系統的方法的流程圖。

圖5是示出在圖4的方法的執行期間的多個操作參數的時序圖。

具體實施方式