[發(fā)明專利]能量回收裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202080089065.1
• 申請(qǐng)日: 2020-12-07
• 公開（公告）號(hào): CN114846222A
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 亞歷山大·許德羅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 曼卡車和巴士歐洲股份公司
• 主分類號(hào): F01K23/06
• 分類號(hào): F01K23/06
• 代理公司: 北京信慧永光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11290
• 代理人: 姚鵬;陳桂香

本發(fā)明涉及一種用于機(jī)動(dòng)車輛的能量回收裝置，其包括驅(qū)動(dòng)器(10)和用于利用來自驅(qū)動(dòng)器(10)的廢熱的流體回路(12)。工作流體在流體回路(12)中循環(huán)。流體回路(12)包括熱耦合到驅(qū)動(dòng)器(10)以將來自驅(qū)動(dòng)器(10)的廢熱傳遞到工作流體的第一熱交換器(16)、膨脹機(jī)(18)和繞過膨脹機(jī)(18)并且其中布置有第二熱交換器(22)的膨脹機(jī)旁路(20)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及具有驅(qū)動(dòng)單元和用于利用驅(qū)動(dòng)單元的廢熱的流體回路的能量回收裝置。

背景技術(shù)

在具有燃料電池驅(qū)動(dòng)器的機(jī)動(dòng)車輛(特別是商用車輛)中，在燃料電池驅(qū)動(dòng)器的能量產(chǎn)生過程中會(huì)產(chǎn)生廢熱流。這種廢熱流可能顯著高于傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器中的廢熱流。由于在燃料電池驅(qū)動(dòng)中，廢氣焓流幾乎可以忽略不計(jì)，并且燃料電池的效率例如平均為50％，因此可以確定的是在冷卻系統(tǒng)中傳遞的廢熱流幾乎等于產(chǎn)生的電功率。

US 10,252,610 B2公開了一種具有燃料電池和用于從燃料電池的廢熱中回收能量的朗肯(Rankine)循環(huán)的電動(dòng)車輛。該系統(tǒng)包括膨脹機(jī)和膨脹機(jī)旁路。當(dāng)車輛不行駛或不需要發(fā)電時(shí)，流過膨脹機(jī)旁路。

DE 10 2007 061 032 A1公開了一種用于內(nèi)燃機(jī)的冷卻回路。除冷卻回路外，還設(shè)置有用于能量回收的工作回路。工作回路具有膨脹機(jī)和膨脹機(jī)旁路。在內(nèi)燃機(jī)剛啟動(dòng)之后，當(dāng)工作回路的工作介質(zhì)仍為液態(tài)時(shí)，立即流過膨脹機(jī)旁路。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種替代的和/或改進(jìn)的用于從驅(qū)動(dòng)單元的廢熱中，優(yōu)選地從燃料電池驅(qū)動(dòng)器的廢熱中回收能量的技術(shù)。

該目的通過獨(dú)立權(quán)利要求1的特征來實(shí)現(xiàn)。有利的改進(jìn)示例在從屬權(quán)利要求和說明書中給出。

根據(jù)一方面，公開了一種例如用于機(jī)動(dòng)車輛的能量回收裝置。該裝置具有驅(qū)動(dòng)器(例如，電驅(qū)動(dòng)器)，優(yōu)選為燃料電池驅(qū)動(dòng)器。該裝置具有用于利用驅(qū)動(dòng)器的廢熱的流體回路。工作流體(例如，冷卻流體)在流體回路中循環(huán)。流體回路具有第一熱交換器，該第一熱交換器熱耦合到驅(qū)動(dòng)器以將來自驅(qū)動(dòng)器(例如，驅(qū)動(dòng)器的燃料電池堆)的廢熱傳遞到工作流體。流體回路包括布置在第一熱交換器的下游(例如，用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)等)的膨脹機(jī)(例如，渦輪膨脹機(jī)、渦旋膨脹機(jī)或活塞膨脹機(jī))。流體回路包括繞過膨脹機(jī)的膨脹機(jī)旁路，并且第二熱交換器(例如，液體熱交換器)布置在該膨脹機(jī)旁路中。

該裝置有利地提供了回收驅(qū)動(dòng)器的廢熱，優(yōu)選為驅(qū)動(dòng)器的燃料電池的廢熱的途徑，而不管產(chǎn)生大量或少量的廢熱。例如，如果驅(qū)動(dòng)器的廢熱較大以致于可以蒸發(fā)第一熱交換器中的工作流體，則可以通過膨脹機(jī)回收能量。例如，如果驅(qū)動(dòng)器的廢熱不足以蒸發(fā)第一熱交換器中的工作流體，例如，在部分負(fù)荷或在開啟驅(qū)動(dòng)器時(shí)，則可以通過第二熱交換器回收能量。因此，該裝置還能夠保護(hù)膨脹機(jī)免受(過多的)液態(tài)工作流體的影響，其中，甚至仍可以從液態(tài)的、加熱的工作流體中通過第二熱交換器進(jìn)行能量回收。此外，可以提高整體效率。此外，可能使用的燃料電池的有效電功率可以通過有效冷卻來增加。此外，通過第一熱交換器在利用相變或不利用相變的情況下對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行的有效冷卻可以減少驅(qū)動(dòng)器的必要的傳熱冷卻面。

優(yōu)選地，流體回路還可以包括第三熱交換器(例如，冷卻器或冷凝器，例如，風(fēng)扇冷卻型冷卻器或冷凝器)，該第三熱交換器可布置在例如膨脹機(jī)旁路和膨脹機(jī)的下游。

優(yōu)選地，流體回路可以具有泵，該泵例如可布置在第一熱交換器的上游。

在一示例性實(shí)施例中，第二熱交換器熱耦合到系統(tǒng)，以(例如，直接或間接地)將熱量從工作流體傳遞到系統(tǒng)。因此，回收的能量可以被系統(tǒng)以特定于系統(tǒng)的方式使用。

在一改進(jìn)示例中，該系統(tǒng)具有加熱器、空調(diào)裝置、電池溫度控制裝置、熱泵、蓄熱器和/或(例如用于將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的)廢熱利用裝置。