發(fā)動機流體的熱電回收和珀爾帖加熱的制作方法
【專利摘要】一種與內(nèi)燃機一起使用的余熱回收設(shè)備和方法，該余熱回收設(shè)備包括熱電設(shè)備，該熱電設(shè)備連接到內(nèi)燃機的部件以在這些部件之間傳遞熱量，利用從需要冷卻的部件中提取的熱量來產(chǎn)生電能，并將電能轉(zhuǎn)換成熱能以傳遞給需要加熱的部件。
【專利說明】發(fā)動機流體的熱電回收和珀爾帖加熱
[0001]本申請要求2010年11月5日提交的美國臨時申請N0.61/410，653和2011年7月14日提交的國際申請N0.PCT/US2011/043994的優(yōu)先權(quán)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及與內(nèi)燃機聯(lián)接的余熱回收(WHR)系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及一種包括熱電裝置的余熱回收和管理系統(tǒng)，該熱電裝置用作“熱中心(thermal hub)”，以通過在各種發(fā)動機及車輛部件和系統(tǒng)之間傳遞熱量、將熱量轉(zhuǎn)換成電能并將所儲存的電能轉(zhuǎn)換成熱量而有助于加熱和冷卻這些發(fā)動機及車輛部件和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]與內(nèi)燃機成一體的余熱回收系統(tǒng)使得能夠利用排氣中的熱能和其它子系統(tǒng)中的熱能，否則，這些熱能將白白喪失。當(dāng)余熱回收系統(tǒng)被結(jié)合在具有內(nèi)燃機的車輛中時，余熱回收系統(tǒng)除了從排氣中回收能量之外還增加了某些優(yōu)點。例如，該余熱回收系統(tǒng)能夠設(shè)計成從EGR (排氣再循環(huán))系統(tǒng)中回收熱量，這減小了發(fā)動機冷卻系統(tǒng)上的冷卻負荷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種用于改善從內(nèi)燃機的余熱回收的方法和設(shè)備。對于額外能量的回收整體上提高了該系統(tǒng)的效率。
[0005]本發(fā)明包括一種與內(nèi)燃機設(shè)備聯(lián)接的、能夠作為發(fā)電機或加熱裝置工作的熱電裝置。根據(jù)本文描述的實施例，該內(nèi)燃機包括余熱回收設(shè)備。該熱電裝置用作能量中心(energy hub)，以在需要排熱的裝置與需要添加能量的裝置之間傳遞能量。因此，本發(fā)明能夠在某些裝置使用其它裝置中的回收熱量的同時、減小該某些裝置上的冷卻負荷。
[0006]用于內(nèi)燃機的余熱回收設(shè)備可包括工作流體回路，在該工作流體回路上連接有:用于將熱能轉(zhuǎn)換成機械能或電能的膨脹機；冷凝器；用于使工作流體在該回路中移動的泵；以及第一熱交換器，該第一熱交換器用于將熱量從內(nèi)燃機排氣和/或其它余熱源傳遞到工作流體。
[0007]根據(jù)一個實施例，本發(fā)明涉及一種用于當(dāng)工作流體在發(fā)動機未運行時的環(huán)境條件下凍結(jié)的情形中、融化上述系統(tǒng)中的工作流體的設(shè)備和方法。更具體地，熱電發(fā)電機被連接到余熱回收設(shè)備以將一部分熱能轉(zhuǎn)換成電能，并且該熱電發(fā)電機可以被選擇性地操作，以將所儲存的電能轉(zhuǎn)換成熱量來融化工作流體。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，工作流體回路包括第二熱交換器，該第二熱交換器以可操作方式連接到排氣再循環(huán)冷卻器，以將熱量從正被再循環(huán)到發(fā)動機空氣入口的排氣傳遞給工作流體。
[0009]在本發(fā)明的說明中，結(jié)合具有蘭金循環(huán)式余熱回收設(shè)備的內(nèi)燃機描述了該設(shè)備和方法，但應(yīng)該理解，本發(fā)明也適用于其它類型的余熱回收或再利用裝置。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，熱電裝置(TED)被結(jié)合在余熱回收(WHR)設(shè)備中，以充當(dāng)用于如下系統(tǒng)的熱中心，該系統(tǒng)包括內(nèi)燃機、車輛發(fā)熱部件和耗熱部件、以及余熱回收設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的TED包括熱電發(fā)電機和諸如電池的電能儲存裝置。該TED還可以連接成用于向一個或多個電能消耗裝置提供電力。該熱電發(fā)電機可以操作成用于從熱量中產(chǎn)生電能以儲存在所述電池中，或者反過來運行以從由電池提供的電能中產(chǎn)生熱量。通過利用TED作為能量中心，能夠根據(jù)子系統(tǒng)的狀況和要求而從這些子系統(tǒng)移除能量或向這些子系統(tǒng)添加能量。各個子系統(tǒng)的熱量是不同的，但熱量較多的是發(fā)動機排氣、排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)、增壓空氣冷卻器(CAC)和WHR系統(tǒng)。TED能量中心能用于從子系統(tǒng)回收熱量，或者使用所儲存的電能向其它子系統(tǒng)提供熱量。根據(jù)成本/效益比研究，其它的熱管理策略現(xiàn)在變得明顯更低。
[0011]通過將電能轉(zhuǎn)換成熱量，TED能量中心能夠有利地在發(fā)動機預(yù)熱的同時向乘員室提供熱量。另外，在處于“旅館模式”的同時(即，當(dāng)車輛停車并且發(fā)動機停機時)，該TED能夠加熱或冷卻乘員室/臥鋪車廂。如果需要輔助該TED，則可以提供利用燃料(天然氣、汽油、柴油、或它們中的任一種或全部)燃燒的小型加熱器作為另外的熱源，以在預(yù)熱期間使用或在旅館模式期間用于發(fā)電。
[0012]該TED還能夠向可以受益于加熱的各種子系統(tǒng)提供熱量，例如，當(dāng)發(fā)動機在處于相對低的環(huán)境溫度下一段時間之后冷起動期間。
[0013]該TED熱中心的一項具體應(yīng)用是WHR系統(tǒng)的工作流體凍結(jié)的問題，例如，在未運行時暴露于季節(jié)性低環(huán)境溫度的車輛中，這種情況可以發(fā)生在寒冷的夜間在室外整夜停車時。
[0014]通過提供一種用于啟動其工作流體凍結(jié)的余熱回收系統(tǒng)并融化該工作流體的方法和設(shè)備，本發(fā)明解決了上述凍結(jié)問題。根據(jù)本發(fā)明，所述熱電發(fā)電機反向(即，作為熱量發(fā)生器)工作，以將所儲存的電能轉(zhuǎn)換成熱量，從而在需要時融化所述工作流體。
[0015]在本發(fā)明的說明中，結(jié)合蘭金循環(huán)式余熱回收設(shè)備描述了該設(shè)備和方法，但應(yīng)該理解，本發(fā)明適用于使用工作流體的任何余熱回收或再利用裝置。
[0016]有利地，根據(jù)本發(fā)明的、用于融化余熱回收系統(tǒng)工作流體的設(shè)備和方法縮短了其工作流體凍結(jié)的系統(tǒng)所需的啟動時間，這延長了能夠進行熱量回收的時間。通過更好地滿足在車輛起動之后啟動EGR系統(tǒng)的時間要求，上述改進有助于具有EGR熱交換器的系統(tǒng)滿足排放法規(guī)?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0017]通過參考以下詳細說明并結(jié)合附圖來閱讀，將更好地理解本發(fā)明，在附圖中:
[0018]圖1是根據(jù)本發(fā)明的、作為熱中心的熱電裝置的系統(tǒng)圖；
[0019]圖2是根據(jù)本發(fā)明的、包括熱電設(shè)備的余熱回收設(shè)備的一個實施例的示意圖；并且
[0020]圖3是根據(jù)本發(fā)明的、與內(nèi)燃機的各種部件和余熱回收設(shè)備成一體的熱電系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0021]如圖1中概略地示出的，本發(fā)明包括熱電裝置(TED) 1，該熱電裝置(TED) I被結(jié)合在具有內(nèi)燃機和余熱回收(WHR)設(shè)備的車輛中。該TED充當(dāng)用于內(nèi)燃機和其子系統(tǒng)或部件、車輛發(fā)熱部件和耗熱部件、以及余熱回收設(shè)備的熱中心。利用TED作為能量中心，能夠根據(jù)一個或多個子系統(tǒng)的熱狀態(tài)(即，子系統(tǒng)的熱狀況以及是否需要熱量排放或熱量添加)而從該子系統(tǒng)排出能量或向該子系統(tǒng)添加能量。各個子系統(tǒng)的熱量是不同的，但熱量較多的是發(fā)動機排氣、排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)、增壓空氣冷卻器(CAC)和WHR系統(tǒng)。TED能量中心(energy hub)能用于從一個或多個子系統(tǒng)2回收熱量，或者使用所儲存的電能向其它子系統(tǒng)3提供熱量。根據(jù)成本/效益比研究，其它的熱管理策略現(xiàn)在變得明顯更低。
[0022]該TED例如能夠用于從發(fā)熱子系統(tǒng)2(例如，增壓空氣冷卻器(CAC)、發(fā)動機冷卻劑子系統(tǒng)、排氣再循環(huán)冷卻器、發(fā)動機機油子系統(tǒng)、發(fā)動機排氣流、傳動流體子系統(tǒng)、和WHR工作流體)中移除并回收熱量。該TED能夠把所回收的能量作為電能儲存在儲存裝置3 (例如電池)中。替代地或另外，該TED能夠?qū)㈦娔苤苯犹峁┙o車輛上的能量消耗裝置。
[0023]該TED還能夠向可以受益于加熱的各種子系統(tǒng)提供熱量，例如，當(dāng)發(fā)動機在處于相對低的環(huán)境溫度下一段時間之后冷起動時。熱量接收子系統(tǒng)4例如可以包括增壓空氣冷卻器(CAC)、發(fā)動機冷卻劑子系統(tǒng)、排氣再循環(huán)冷卻器、發(fā)動機機油子系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、發(fā)動機機油子系統(tǒng)、發(fā)動機排氣流、傳動流體子系統(tǒng)、排氣后處理噴射子系統(tǒng)和WHR工作流體。
[0024]該TED能量中心能夠為需要冷卻的部件5(例如，發(fā)動機機油子系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、傳動流體子系統(tǒng)和WHR工作流體)提供冷卻，這能夠降低對于這些系統(tǒng)的排熱要求。
[0025]關(guān)于用于該熱電裝置的操作的冷源6，該TED能夠通過熱交換器而以可操作方式連接到環(huán)境空氣和發(fā)動機冷卻劑子系統(tǒng)。
[0026]另外，通過將電能轉(zhuǎn)換成熱量并通過熱交換器來為乘員室加熱空氣，該TED能量中心能夠有利地在發(fā)動機預(yù)熱的同時向乘員室提供熱量。另外，在處于“旅館模式”的同時(即，當(dāng)車輛停車并且發(fā)動機停機時)，該TED能夠加熱或冷卻乘員室/臥鋪車廂。為了輔助該TED，可以提供利用燃料(天然氣、汽油、柴油、或它們中的任一種或全部)燃燒的小型加熱器作為另外的熱源，以在預(yù)熱期間使用或在旅館模式期間用于發(fā)電。
[0027]下圖2示出了作為本發(fā)明的一個應(yīng)用實例的熱電裝置200，該熱電裝置200被作為能量中心連接在包括蘭金循環(huán)式余熱回收設(shè)備10的內(nèi)燃機100設(shè)備中。本發(fā)明被與如下的蘭金循環(huán)式余熱回收設(shè)備相結(jié)合地示出，例如在2011年7月14日提交的、共同擁有且共同待決的國際專利申請N0.PCT/US2011/043994中描述的蘭金循環(huán)式余熱回收設(shè)備，該國際專利申請的公開內(nèi)容在此通過引用的方式并入。然而，所示出和描述的實施例旨在是示意性而非限制性的；本發(fā)明可適用于其它類型的余熱回收循環(huán)和設(shè)備，例如埃里克森(Ericsson)循環(huán)或其它底循環(huán)(bottoming cycle)。
[0028]在正常操作期間，熱電裝置200能夠根據(jù)部件的熱狀態(tài)而從底循環(huán)工作流體中移除熱量。熱能被從熱源處移除并由熱電單元轉(zhuǎn)換成電能。替代地，如下文所述，熱電裝置200也能夠根據(jù)與此相反的熱狀態(tài)(即，該部件是否需要熱量添加而非熱量提取)而向部件提供熱能。
[0029]內(nèi)燃機100包括進氣歧管102和排氣歧管104。新鮮空氣通過進氣管線106供應(yīng)到進氣歧管，如本領(lǐng)域中已知的，該新鮮空氣可由渦輪壓縮機107供應(yīng)并被增壓空氣冷卻器108冷卻。排氣的一部分被排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)再循環(huán)到進氣歧管102中，該排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)包括EGR閥110、EGR冷卻器112和連接到進氣歧管的返回管線114。
[0030]EGR閥110還控制排氣向排氣導(dǎo)管116 (例如排氣豎管或尾管)的流動，廢棄的排氣從該排氣導(dǎo)管116釋放到環(huán)境中。
[0031]如上所述，內(nèi)燃機100還可以包括排氣渦輪機117，該排氣渦輪機117安裝在排氣導(dǎo)管116上以驅(qū)動渦輪壓縮機107。還可以包括其它裝置，例如由排氣驅(qū)動以產(chǎn)生電能的復(fù)式渦輪機。該內(nèi)燃機還可以包括排氣后處理系統(tǒng)118，例如用于在排氣被釋放到環(huán)境中之前轉(zhuǎn)化該排氣中的NOx和/或去除該排氣中的顆粒物或未燃燒的碳氫化合物。
[0032]如本示例性實施例中所示，余熱回收設(shè)備10是閉環(huán)系統(tǒng)，其中，工作流體被壓縮、由排氣加熱并膨脹以回收熱能。
[0033]本示例性實施例中所示的蘭金循環(huán)式余熱回收設(shè)備10包括被形成為閉環(huán)的工作流體回路12，工作流體在該工作流體回路中循環(huán)。膨脹機14連接在工作流體回路12上并由工作流體驅(qū)動，以將工作流體中的熱能轉(zhuǎn)換成機械能。輸出軸16可以連接成用于驅(qū)動發(fā)電機或者連接成用于向發(fā)動機提供扭矩。膨脹機14可以是如圖所示的渦輪機，或者可以是渦旋膨脹機或能夠從工作流體中回收熱能的其它裝置。
[0034]冷凝器20連接在工作流體回路12上，以接收離開所述膨脹機14的工作流體。冷凝器20冷卻并冷凝該工作流體。冷凝器冷卻器環(huán)路22被連接成用于把從工作流體傳遞給冷卻流體的熱量從冷凝器20輸送出去。冷凝器冷卻器環(huán)路22可以方便地連接到車輛冷卻系統(tǒng)23 (即，散熱器)或另一個冷卻系統(tǒng)。
[0035]泵24接收離開所述冷凝器20的、被冷凝的工作流體，并將工作流體泵送到工作流體回路12的加熱側(cè)，工作流體在該加熱側(cè)被加熱。
[0036]工作流體回路12的加熱側(cè)包括彼此平行布置的第一加熱管線30和第二加熱管線
32。第一加熱管線30和第二加熱管線32在分流節(jié)點處分支，閥34連接在該分流節(jié)點上以控制工作流體向這些加熱管線中的流動。如下文更詳細地描述的，閥34可以響應(yīng)于系統(tǒng)要求和限制而將工作流體流選擇性地引導(dǎo)到一條加熱管線中或?qū)⒃摴ぷ髁黧w流分流到兩個加熱管線30、32中。該加熱管線30、32在合流節(jié)點18處重新組合成與膨脹機14的入口相連的單個管線13。
[0037]第一加熱管線30以可操作方式連接到鍋爐36或熱交換器，該鍋爐36或熱交換器從將被釋放到環(huán)境的、廢棄的發(fā)動機排氣中傳遞熱量。該排氣通過由排氣導(dǎo)管116中的閥40控制的環(huán)路38運送到鍋爐36。替代地，第一加熱管線30也可以環(huán)行到在排氣導(dǎo)管116上連接的熱交換器中，以接收更多的排氣熱量。
[0038]與所述第一加熱管線平行的第二加熱管線32在閥34處分支并以可操作方式連接到EGR冷卻器112，以將來自EGR氣體的熱量傳遞給工作流體。EGR冷卻器112充當(dāng)用于第二加熱管線32中的工作流體的鍋爐。在第一加熱管線30和第二加熱管線32中流動的、分別被排氣鍋爐36和EGR冷卻器112加熱的工作流體在管線13中的合流結(jié)點29處合流并被引導(dǎo)到膨脹機14。
[0039]通過使用分離的加熱管線，與工作流體在進入EGR冷卻器之前被排氣鍋爐36中的排氣加熱相比，用于從冷卻EGR氣體的EGR冷卻器112中回收熱能的工作流體在進入EGR冷卻器時處于更低的溫度。這具有如下優(yōu)點:EGR冷卻器112的運行更有效。由于額外加熱的工作流體僅被添加到第一加熱管線30而非包括EGR冷卻器112的第二加熱管線32中，所以，工作流體在EGR冷卻器中不會過熱，并且EGR冷卻器能夠更容易地將EGR氣體冷卻到供發(fā)動機使用的期望溫度或目標(biāo)溫度。
[0040]離開膨脹機14的工作流體處于比該工作流體的冷凝溫度明顯更高的溫度，例如在如圖所示的余熱回收設(shè)備中，它可以比冷凝溫度高大約100°c。必須從工作流體中去除該熱能，并且，在圖2的設(shè)備中，如下文所述，該熱負荷被部分地傳遞到冷凝器熱交換器環(huán)路22并部分地傳遞到熱電裝置200。
[0041]包括熱電發(fā)電機和電能儲存器(例如電池)的熱電裝置200與余熱回收系統(tǒng)10成一體，以將一部分熱能轉(zhuǎn)換成電能。熱電裝置200通過流動回路205連接，以將TED冷側(cè)工作流體循環(huán)到冷源，該冷源可以包括熱交換器。該冷源可以是環(huán)境空氣或發(fā)動機冷卻劑系統(tǒng)。熱電裝置200還通過回路201與第一熱交換器202連接以從EGR冷卻器112提取熱量、與第二熱交換器204連接以從冷凝器20提取熱量、并與第三熱交換器206連接以從下游排氣熱交換器36提取熱量。如圖3所示，熱電裝置回路201可以包括在該熱電裝置和上述這些熱交換器之間形成各自環(huán)路的導(dǎo)管。熱電裝置熱側(cè)工作流體在第一熱交換器202、第二熱交換器204、第三熱交換器206與熱電裝置200之間循環(huán)。這些熱交換器可以是串流式熱交換器、逆流式熱交換器或其它布置結(jié)構(gòu)。這些TED熱交換器位于WHR熱交換器的、溫差最大(即，非工作流體(從其提取熱量的流體)最熱但工作流體最冷)的部分處。如果非工作流體側(cè)的最大溫度太高，則可以將TED熱交換器移動到最大溫差位置的下游，即，在配對的WHR熱交換器的中點處或其下游。
[0042]替代地，WHR系統(tǒng)也可以是根本不包括膨脹裝置14的系統(tǒng)。隨著TEG和電池技術(shù)的發(fā)展和改進，該WHR系統(tǒng)能夠被標(biāo)準(zhǔn)的TEGWHR系統(tǒng)取代，標(biāo)準(zhǔn)的TEG WHR系統(tǒng)的尺寸足夠大，以應(yīng)對所有的WHR系統(tǒng)排熱要求。
[0043]本發(fā)明的一個優(yōu)點在于，由TED200從EGR冷卻器112和冷凝器20中的至少一個移除的額外熱量降低了發(fā)動機冷卻劑系統(tǒng)的要求，因為這兩個裝置均可以連接到發(fā)動機冷卻劑系統(tǒng)。
[0044]增壓空氣冷卻器和發(fā)動機排氣冷卻器一般是逆流式熱交換器，根據(jù)設(shè)計，它們在正被冷卻的流體的入口位置處具有離開交換器的最高溫度流體，該入口位置優(yōu)選是TED熱交換器所處的位置。如果流體的溫度或流體中的潤滑劑的溫度太高，那么，這種熱交換設(shè)計可能導(dǎo)致WHR工作流體劣化。如果余熱回收系統(tǒng)中的工作流體變得過熱(其中，溫度上升對于能量的添加非常敏感)，則這是特別擔(dān)心的。在工作流體完全蒸發(fā)的過熱情形期間，還擔(dān)心熱傳遞系數(shù)的急劇降低，并導(dǎo)致熱交換器自身的壁溫度急劇上升。熱交換器的熱循環(huán)以及在壁材料中存在的大溫度梯度將損壞該冷卻器。使用該TED移除熱量有助于避免或減輕這些問題。本發(fā)明減少了冷卻劑需求并增加了余熱回收，這提高了系統(tǒng)效率。
[0045]該WHR系統(tǒng)較長時間地暴露于低溫下可能導(dǎo)致工作流體凍結(jié)。熱交換器中的工作流體通常利用穿過熱交換器鰭片或管的強制對流而向自身傳遞熱量，該熱交換器鰭片或管自身從正被冷卻的流體(例如，增壓空氣、排氣)的強制對流中接收熱量。當(dāng)工作流體進入凍結(jié)狀態(tài)時，這種通常有效的熱傳遞不再可能，并且熱量必須通過傳導(dǎo)和自然對流來傳遞。在這些狀況下，該流體將需要相當(dāng)長的時間來融化。
[0046]根據(jù)本發(fā)明，通過向熱電裝置200施加電壓，該裝置產(chǎn)生熱量，從而形成將加熱并融化該工作流體的溫度梯度。因此，TED200熱交換器204能夠?qū)⒗淠?0中的WHR工作流體加熱到可操作的工作溫度。還能夠通過連接到EGR冷卻器112的熱交換器202來實現(xiàn)這種熱傳遞。這大大減少了預(yù)熱時間，從而允許發(fā)動機系統(tǒng)更快地滿足排放法規(guī)，并降低由于熱狀況而導(dǎo)致部件或流體損壞的風(fēng)險。
[0047]向發(fā)動機的工作流體增加熱電回收的另一益處在于:能夠在不對空氣泵送回路(進氣或排氣)添加限制的情況下提取熱量，這是易于提高燃料經(jīng)濟性的功能。
[0048]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3，根據(jù)本發(fā)明的熱電裝置系統(tǒng)包括熱電發(fā)電機200和諸如電池的用于電能的儲存裝置210。電池210可以作為用于該裝置的電能來源而連接到車輛能量消耗裝置212。替代地或另外，熱電發(fā)電機200也可直接連接到能量消耗裝置212。該TED通過冷側(cè)回路205連接到冷源218，該冷側(cè)回路205包括閥207、209以控制冷側(cè)回路中的流動。該TED系統(tǒng)包括閥212、214，以通過回路201控制熱電設(shè)備工作流體在熱電發(fā)電機200和一個或多個熱交換器203、204、206、208之間的流動?？刂破?16被連接成用于從傳感器220接收溫度數(shù)據(jù)，該傳感器220被定位成感測或確定WHR工作流體的熱狀態(tài)。溫度傳感器220在圖3中被示為位于各個熱電設(shè)備熱交換器202、204、206和208內(nèi)，因為這些熱交換器都與WHR工作流體及發(fā)動機子系統(tǒng)熱接觸?？刂破?10確定WHR工作流體是需要熱量提取還是需要熱量添加，以控制冷凝器冷卻劑環(huán)路22上的閥?？刂破?10還控制工作流體泵24，以在WHR工作流體充分融化或處于其能夠被泵送的溫度下時進行操作。
[0049]用于熱電回收的熱交換器可以位于熱量可用于回收或需要添加熱量之處。除了EGR冷卻器熱交換器202、WHR冷凝器熱交換器204和排氣尾管熱交換器206之外，例如還可以在增壓空氣冷卻器108或傳動流體冷卻器中的一個或多個處設(shè)有熱交換器208。該熱交換器可以用作底循環(huán)式余熱回收系統(tǒng)中的預(yù)加熱器、鍋爐或過熱器(super-heater)。
[0050]通過提供用于為乘員室加熱空氣的熱交換器208，TED200能夠有利地在發(fā)動機預(yù)熱的同時向乘員室提供熱量。替代地，TED設(shè)備200也可連接成用于提供電能以操作諸如電阻加熱器的加熱裝置。另外，在處于“旅館模式”的同時(即，當(dāng)車輛停車并且發(fā)動機停機時)，利用儲存在電池儲存系統(tǒng)205中的電能，TED200能夠操作空氣調(diào)節(jié)單元212來加熱或冷卻乘員室/臥鋪車廂。
[0051]余熱回收系統(tǒng)可以有許多種構(gòu)造。串聯(lián)、并聯(lián)或串-并聯(lián)組合式系統(tǒng)能夠從多個源(包括EGR、排氣、增壓空氣、機油或車輛上的任何其它熱量源)提取熱量。還可以存在若干種底循環(huán)。盡管圖中所示的實例是針對并聯(lián)式蘭金循環(huán)，但本發(fā)明能夠適用于任何熱交換器。
[0052]已經(jīng)針對其優(yōu)選原理、實施例和組成部分描述了本發(fā)明，然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，在不偏離如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍的情況下，可以進行某些替換。
【權(quán)利要求】
1.一種用于具有內(nèi)燃機的車輛的熱電設(shè)備，包括:熱電裝置，所述熱電裝置包括熱電發(fā)電機，用于選擇性地利用從工作流體提取的熱能來產(chǎn)生電能，以及用于選擇性地將電能轉(zhuǎn)換成熱能以加熱所述工作流體；電池，所述電池連接到所述熱電裝置，用于儲存由所述熱電裝置產(chǎn)生的電能以及用于向所述熱電裝置提供電能；工作流體回路，所述工作流體回路連接到所述熱電裝置并包括熱交換器，所述熱交換器被連接以在所述工作流體和內(nèi)燃機部件之間傳遞熱量；以及控制器，響應(yīng)于至少一個部件的熱狀態(tài)，所述控制器控制所述熱電裝置加熱所述工作流體以向所述至少一個部件提供熱量，或者控制所述熱電裝置利用從所述至少一個部件接收到的、被加熱的工作流體來產(chǎn)生電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電設(shè)備，其中，所述內(nèi)燃機包括余熱回收設(shè)備，并且其中，所述熱電設(shè)備的工作流體回路包括以可操作方式連接到所述余熱回收設(shè)備的部件以在該部件和所述熱電工作流體回路之間傳遞熱量的熱交換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱電設(shè)備，其中，所述余熱回收設(shè)備是具有膨脹機和冷凝器的閉合循環(huán)系統(tǒng)，并且其中，所述熱電設(shè)備的工作流體回路包括以可操作方式連接到所述冷凝器以選擇性地向所述冷凝器傳遞熱能和從所述冷凝器傳遞熱能的熱交換器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱電設(shè)備，其中，所述余熱回收設(shè)備包括以可操作方式連接的、用于從內(nèi)燃機的廢棄的排氣流向所述余熱回收設(shè)備的工作流體傳遞熱能的熱交換器，并且其中，所述熱電設(shè)備包括用于在所述廢棄的氣流和所述熱電設(shè)備之間傳遞熱能的熱交換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱電設(shè)備，其中，所述余熱回收設(shè)備包括以可操作方式連接的、用于從內(nèi)燃機的排氣再循環(huán)冷卻器向所述余熱回收設(shè)備的工作流體傳遞熱能的熱交換器，并且其中，所述熱電設(shè)備包括從所述排氣再循環(huán)冷卻器向所述熱電設(shè)備傳遞熱能的熱交換器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電設(shè)備，其中，所述熱電設(shè)備被以可操作方式連接，以從如下項中的至少一個提取熱量:增壓空氣冷卻器、發(fā)動機冷卻劑系統(tǒng)、排氣再循環(huán)系統(tǒng)冷卻器、發(fā)動機機油系統(tǒng)、排氣流、傳動流體系統(tǒng)、和余熱回收設(shè)備的工作流體回路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電設(shè)備，其中，所述熱電設(shè)備被以可操作方式連接，以向如下項中的至少一個供應(yīng)熱能:增壓空氣冷卻器、發(fā)動機冷卻劑系統(tǒng)、發(fā)動機機油系統(tǒng)、排氣流、傳動流體系統(tǒng)、車輛乘員室、排氣后處理噴射系統(tǒng)、和余熱回收設(shè)備的工作流體系統(tǒng)。
【文檔編號】H01L35/30GK103460419SQ201180053262
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2010年11月5日
【發(fā)明者】約翰·吉布爾, 塞繆爾·麥克勞克林 申請人:馬克卡車公司