排氣熱回收系統的制作方法
【專利說明】排氣熱回收系統
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2014年11月18日提交的韓國專利申請第10-號的優先權，該申請的全部內容結合于此用于通過該引用的所有目的。
技術領域
[0003]本發明涉及一種對排氣熱回收系統的渦輪機進行控制的方法。更具體的，涉及這樣一種對排氣熱回收系統的渦輪機進行控制的方法:其可以防止可能發生的對渦輪機的損傷，所述損傷是由于留在渦輪機中的液態工作流體而引起的。
【背景技術】
[0004]內燃機廣泛用在車輛、船舶、小型發電機等中，已經連續地進行嘗試從而增加內燃機的效率。在內燃機中，大量熱量通常作為排氣熱被排出，已經研發了用于通過回收排氣熱而提高內燃機的整體效率的多種系統。
[0005]在考慮排氣熱回收系統的配置所需的裝置和零件、負載的增加等的情況下，將排氣熱循環系統安裝在大型車輛中(其具有較大排量并且可以運載較多乘客或貨物)比將排氣熱循環系統安裝在小型車輛中(其具有較小排量并且較輕)效率更高。
[0006]在車輛的情況下，對排氣熱進行再循環的系統的典型示例包括使用復合渦輪機(turbo compound)的系統和使用熱電元件的系統。
[0007]使用復合渦輪機的系統使用這樣的方案:通過將排氣渦輪機(exhaust turbine)附接至排氣管線并且借由排氣壓力使排氣渦輪機旋轉而獲得輸出。在這種方案中，可以提高安裝有內燃機的整個系統的熱效率；然而，排氣渦輪機作為排放限制器(exhaustresistor)來工作，從而使發動機自身的輸出減小。
[0008]使用熱電元件的系統使用這樣的方案:其使用通過溫度差而產生電力的熱電元件進行充電，或者通過電力驅動輔助電機從而協助發動機。然而，無法忽視熱電元件自身的成本，并且熱電元件所安裝的空間狹小，使得即使熱電元件實際安裝于大批量生產的車輛，也難以明顯改善發動機的熱效率。
[0009]公開于本發明的背景部分的信息僅僅旨在加深對本發明的一般【背景技術】的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域技術人員所公知的現有技術。

【發明內容】

[0010]本發明的各個方面旨在提供一種排氣熱回收系統，其可以有效地回收內燃機的排出熱量。
[0011]根據本發明的各個方面，排氣熱回收系統可以包括:排氣管道、主通道、渦輪機、排放氣體再循環(EGR)管線和通道控制閥；從發動機排放出的排放氣體通過所述排氣管道運動；工作流體通過所述主通道運動；所述渦輪機通過從所述主通道排放出的工作流體而旋轉，以產生能量；所述排放氣體再循環管線將從發動機排出的排放氣體的部分循環至進氣歧管；所述通道控制閥設置于所述主通道，并且配置為控制工作流體的運動，使得沿著EGR管線運動的放氣體和沿著所述主通道運動的工作流體彼此進行熱量交換。
[0012]排氣熱回收系統可以進一步包括儲液器、熱交換器以及過熱器；在所述儲液器存儲液態的工作流體；所述熱交換器設置于排氣管道以接收來自儲液器的液態工作流體并且使液態的工作流體蒸發；所述過熱器連接到EGR冷卻器，以依據通道控制閥的操作而從熱交換器接收經蒸發的工作流體，并且將循環至進氣歧管的排放氣體的熱量傳輸至經蒸發的工作流體以對經蒸發的工作流體進行加熱。
[0013]從儲液器供應至熱交換器的工作流體可以通過栗被加壓。
[0014]渦輪機依據通道控制閥的操作而可以選擇性地從熱交換器或過熱器接收工作流體。
[0015]主通道可以分叉為第一分支通道和第二分支通道，第一分支通道連接至形成于過熱器的過熱器入口，第二分支通朝向渦輪延伸；第二分支通道可以分叉為第三分支通道和第四分支通道，第三分支通道連接至形成于過熱器的過熱器出口，第四分支通道連接至形成于渦輪的渦輪入口。
[0016]通道控制閥可以分別設置于第一分支點(主通道在第一分支點分叉為第一分支通道和第二分支通道)和第二分支點(第二分支通道在第二分支點分叉為第三分支通道和第四分支通道)。
[0017]通道控制閥可以包括設置于第一分支點的第一通道控制閥和設置于第二分支點的第二通道控制閥，主通道在第一分支點分叉為第一分支通道和第二分支通道，第二分支通道在第二分支點分叉為第三分支通道和第四分支通道。
[0018]排氣熱回收系統可以進一步包括后處理裝置，其設置于排氣管道，并且配置為將從發動機排出的微粒物質(PM)再生。
[0019]排氣熱回收系統可以進一步包括熱電發電機(TEG)冷凝器和同流換熱器；熱電發電機(TEG)冷凝器配置為對從渦輪排出的工作流體進行冷凝；同流換熱器配置為吸收從渦輪運動至TEG冷凝器的工作流體的熱能，并且將熱能傳輸至從儲存器噴射入熱交換器的工作流體。
[0020]根據本發明的各個方面，排氣熱回收系統可以包括:主通道、多個分支通道、過熱器和渦輪機；經蒸發的工作流體被引入所述主通道；所述分支通道從所述主通道分叉；所述過熱器設置于所述多個分支通道的至少一個中，并且配置為將熱能供應給運動的工作流體；所述渦輪機通過從所述多個分支通道供應的工作流體而旋轉，以產生能量。
[0021]排氣熱回收系統可以進一步包括通道控制閥，其配置為打開所述多個分支通道中的至少一個，以調節工作流體的流動。
[0022]主通道可以連接至熱交換器，所述熱交換器設置于排氣管道，并且從排放氣體回收熱量以將液態工作流體蒸發。
[0023]渦輪機可以連接至儲液器，所述儲液器對工作流體進行加壓并且將經壓縮的工作流體供應至熱交換器。
[0024]同流換熱器配置為在被引入所述儲液器的工作流體和從所述儲液器排出的工作流體之間引起熱量交換，配置為對被引入所述儲液器的工作流體進行冷凝的TEG冷凝器可以設置在所述渦輪機和所述儲液器之間。
[0025]根據本發明的各個方面，一種運行排氣熱回收系統的方法可以包括:驅動發動機；并且操作通道控制閥，使得在排放氣體再循環閥操作時，主通道和過熱器彼此進行熱量交換。所述排氣熱回收系統包括:主通道、過熱器和渦輪機；通過設置于排氣管道的熱交換器被蒸發的工作流體被引入所述主通道；通過設置于主通道的通道控制閥，過熱器和渦輪機選擇性地與主通道連通，過熱器加熱工作流體，渦輪機使用工作流體或通過過熱器被加熱的工作流體而產生電力。
[0026]當主通道和過熱器彼此連通時，通過栗供應的工作流體的量可以增加，所述栗用于對來自儲液器的工作流體進行加壓并且將經加壓的工作流體供應至熱交換器，工作流體存儲于儲液器中。
[0027]當確定EGR閥未操作時，可以操作通道控制閥，以使得主通道和渦輪機彼此連通，并且當主通道和渦輪機彼此連通時，通過栗供應的工作流體的量保持不變，所述栗用于對來自儲液器的工作流體進行加壓并且將經加壓的工作流體供應至熱交換器，工作流體存儲于儲液器中。
[0028]應當理解，此處所使用的術語“車輛”或“車輛的”或其它類似術語一般包括機動車輛，例如包括運動型多用途車輛(SUV)、大客車、卡車、各種商用車輛的乘用汽車，包括各種舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合動力車輛、電動車輛、可插式混合動力電動車輛、氫動力車輛以及其它替代性燃料車輛(例如源于非石油的能源的燃料)。正如此處所提到的，混合動力車輛是具有兩種或更多動力源的車輛，例如汽油動力和電力動力兩者的車輛。
[0029]通過納入本文的附圖以及隨后與附圖一起用于說明本發明的某些原理的具體描述，本發明的方法和裝置所具有的其它特征和優點將更為具體地變得清楚或得以闡明。
【附圖說明】
[0030]圖1為根據本發明的示例性排氣熱回收系統的示意圖。
[0031]圖2為圖1的排氣熱回收系統的主要部件的立體圖。
[0032]圖3為根據本發明的示例性實施方案的運行排氣熱回收系統的方法的流程圖。
[0033]圖4為圖3的運行排氣熱回收系統的方法的控制方框圖。
[0034]圖5為包含在圖1的排氣熱回收系統中的熱交換器的橫截面圖。
[0035]圖6為圖5的熱交換器的主要部件的立體圖。
[0036]圖7為圖5的熱交換器的熱交換形式的示意圖。
[0037]圖8為圖1的排氣熱回收系統中的渦輪機安裝的示意圖。
[0038]圖9為圖7的渦輪機的主要部件的立體圖。
[0039]圖10為對根據本發明的示例性排氣熱回收系統的渦輪機進行控制的方法的流程圖。
[0040]圖11為包含在圖1的示例性排氣熱回收系統中的過熱器和排放氣體再循環(EGR)冷卻器的立體圖。
[0041]圖12為圖11的過熱器和EGR冷卻器的橫截面圖。
[0042]圖13為顯示了包含在圖1的排氣熱回收系統中的熱交換器的內部壓力變化的圖。
[0043]圖14為在圖1的排氣熱回收系統的熱交換器和渦輪機之間的連接狀態的示意圖。
[0044]圖15為對根據本發明的示例性排氣熱回收系統的熱交換器和渦輪機之間的連接進行控制的方法的流程圖。
[0045]圖16為下述結構的示意圖:包含在圖1的示例性排氣熱回收系統中的熱電發電機(Thermoelectric Generator, TEG)冷凝器和儲液器(reservoir)彼此共享冷卻劑。
[0046]圖17為圖16的儲液器的立體圖。
[0047]圖18為圖16的儲液器的另一個立體圖。
[0048]圖19為圖16的TEG冷凝器和儲液器之間的連接結構的主要部件的立體圖。
[0049]圖20為圖1顯示的排氣熱回收系