CN105604657A - 排气热回收系统 - Google Patents

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Abstract

一种排气热回收系统，其可以包括：排气管道、主通道、涡轮机、排放气体再循环管线和通道控制阀；从发动机排放出的排放气体通过所述排气管道运动；工作流体通过所述主通道运动；所述涡轮机通过从所述主通道排放出的工作流体而旋转，以产生能量；所述排放气体再循环管线将从发动机排出的排放气体的部分循环至进气歧管；所述通道控制阀设置于所述主通道，并且配置为控制工作流体的运动，使得沿着所述排放气体再循环管线运动的放气体和沿着所述主通道运动的工作流体彼此进行热量交换。

Description

排气热回收系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年11月18日提交的韩国专利申请第10-2014-0161140号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及一种对排气热回收系统的涡轮机进行控制的方法。更具体的，涉及这样一种对排气热回收系统的涡轮机进行控制的方法：其可以防止可能发生的对涡轮机的损伤，所述损伤是由于留在涡轮机中的液态工作流体而引起的。
背景技术
内燃机广泛用在车辆、船舶、小型发电机等中，已经连续地进行尝试从而增加内燃机的效率。在内燃机中，大量热量通常作为排气热被排出，已经研发了用于通过回收排气热而提高内燃机的整体效率的多种系统。
在考虑排气热回收系统的配置所需的装置和零件、负载的增加等的情况下，将排气热循环系统安装在大型车辆中(其具有较大排量并且可以运载较多乘客或货物)比将排气热循环系统安装在小型车辆中(其具有较小排量并且较轻)效率更高。
在车辆的情况下，对排气热进行再循环的系统的典型示例包括使用复合涡轮机(turbocompound)的系统和使用热电元件的系统。
使用复合涡轮机的系统使用这样的方案：通过将排气涡轮机(exhaustturbine)附接至排气管线并且借由排气压力使排气涡轮机旋转而获得输出。在这种方案中，可以提高安装有内燃机的整个系统的热效率；然而，排气涡轮机作为排放限制器(exhaustresistor)来工作，从而使发动机自身的输出减小。
使用热电元件的系统使用这样的方案：其使用通过温度差而产生电力的热电元件进行充电，或者通过电力驱动辅助电机从而协助发动机。然而，无法忽视热电元件自身的成本，并且热电元件所安装的空间狭小，使得即使热电元件实际安装于大批量生产的车辆，也难以明显改善发动机的热效率。
公开于本发明的背景部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面旨在提供一种排气热回收系统，其可以有效地回收内燃机的排出热量。
根据本发明的各个方面，排气热回收系统可以包括：排气管道、主通道、涡轮机、排放气体再循环(EGR)管线和通道控制阀；从发动机排放出的排放气体通过所述排气管道运动；工作流体通过所述主通道运动；所述涡轮机通过从所述主通道排放出的工作流体而旋转，以产生能量；所述排放气体再循环管线将从发动机排出的排放气体的部分循环至进气歧管；所述通道控制阀设置于所述主通道，并且配置为控制工作流体的运动，使得沿着EGR管线运动的放气体和沿着所述主通道运动的工作流体彼此进行热量交换。
排气热回收系统可以进一步包括储液器、热交换器以及过热器；在所述储液器存储液态的工作流体；所述热交换器设置于排气管道以接收来自储液器的液态工作流体并且使液态的工作流体蒸发；所述过热器连接到EGR冷却器，以依据通道控制阀的操作而从热交换器接收经蒸发的工作流体，并且将循环至进气歧管的排放气体的热量传输至经蒸发的工作流体以对经蒸发的工作流体进行加热。
从储液器供应至热交换器的工作流体可以通过泵被加压。
涡轮机依据通道控制阀的操作而可以选择性地从热交换器或过热器接收工作流体。
主通道可以分叉为第一分支通道和第二分支通道，第一分支通道连接至形成于过热器的过热器入口，第二分支通朝向涡轮延伸；第二分支通道可以分叉为第三分支通道和第四分支通道，第三分支通道连接至形成于过热器的过热器出口，第四分支通道连接至形成于涡轮的涡轮入口。
通道控制阀可以分别设置于第一分支点(主通道在第一分支点分叉为第一分支通道和第二分支通道)和第二分支点(第二分支通道在第二分支点分叉为第三分支通道和第四分支通道)。
通道控制阀可以包括设置于第一分支点的第一通道控制阀和设置于第二分支点的第二通道控制阀，主通道在第一分支点分叉为第一分支通道和第二分支通道，第二分支通道在第二分支点分叉为第三分支通道和第四分支通道。
排气热回收系统可以进一步包括后处理装置，其设置于排气管道，并且配置为将从发动机排出的微粒物质(PM)再生。
排气热回收系统可以进一步包括热电发电机(TEG)冷凝器和同流换热器；热电发电机(TEG)冷凝器配置为对从涡轮排出的工作流体进行冷凝；同流换热器配置为吸收从涡轮运动至TEG冷凝器的工作流体的热能，并且将热能传输至从储存器喷射入热交换器的工作流体。
根据本发明的各个方面，排气热回收系统可以包括：主通道、多个分支通道、过热器和涡轮机；经蒸发的工作流体被引入所述主通道；所述分支通道从所述主通道分叉；所述过热器设置于所述多个分支通道的至少一个中，并且配置为将热能供应给运动的工作流体；所述涡轮机通过从所述多个分支通道供应的工作流体而旋转，以产生能量。
排气热回收系统可以进一步包括通道控制阀，其配置为打开所述多个分支通道中的至少一个，以调节工作流体的流动。
主通道可以连接至热交换器，所述热交换器设置于排气管道，并且从排放气体回收热量以将液态工作流体蒸发。
涡轮机可以连接至储液器，所述储液器对工作流体进行加压并且将经压缩的工作流体供应至热交换器。
同流换热器配置为在被引入所述储液器的工作流体和从所述储液器排出的工作流体之间引起热量交换，配置为对被引入所述储液器的工作流体进行冷凝的TEG冷凝器可以设置在所述涡轮机和所述储液器之间。
根据本发明的各个方面，一种运行排气热回收系统的方法可以包括：驱动发动机；并且操作通道控制阀，使得在排放气体再循环阀操作时，主通道和过热器彼此进行热量交换。所述排气热回收系统包括：主通道、过热器和涡轮机；通过设置于排气管道的热交换器被蒸发的工作流体被引入所述主通道；通过设置于主通道的通道控制阀，过热器和涡轮机选择性地与主通道连通，过热器加热工作流体，涡轮机使用工作流体或通过过热器被加热的工作流体而产生电力。
当主通道和过热器彼此连通时，通过泵供应的工作流体的量可以增加，所述泵用于对来自储液器的工作流体进行加压并且将经加压的工作流体供应至热交换器，工作流体存储于储液器中。
当确定EGR阀未操作时，可以操作通道控制阀，以使得主通道和涡轮机彼此连通，并且当主通道和涡轮机彼此连通时，通过泵供应的工作流体的量保持不变，所述泵用于对来自储液器的工作流体进行加压并且将经加压的工作流体供应至热交换器，工作流体存储于储液器中。
应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体描述，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。
附图说明
图1为根据本发明的示例性排气热回收系统的示意图。
图2为图1的排气热回收系统的主要部件的立体图。
图3为根据本发明的示例性实施方案的运行排气热回收系统的方法的流程图。
图4为图3的运行排气热回收系统的方法的控制方框图。
图5为包含在图1的排气热回收系统中的热交换器的横截面图。
图6为图5的热交换器的主要部件的立体图。
图7为图5的热交换器的热交换形式的示意图。
图8为图1的排气热回收系统中的涡轮机安装的示意图。
图9为图7的涡轮机的主要部件的立体图。
图10为对根据本发明的示例性排气热回收系统的涡轮机进行控制的方法的流程图。
图11为包含在图1的示例性排气热回收系统中的过热器和排放气体再循环(EGR)冷却器的立体图。
图12为图11的过热器和EGR冷却器的横截面图。
图13为显示了包含在图1的排气热回收系统中的热交换器的内部压力变化的图。
图14为在图1的排气热回收系统的热交换器和涡轮机之间的连接状态的示意图。
图15为对根据本发明的示例性排气热回收系统的热交换器和涡轮机之间的连接进行控制的方法的流程图。
图16为下述结构的示意图：包含在图1的示例性排气热回收系统中的热电发电机(ThermoelectricGenerator，TEG)冷凝器和储液器(reservoir)彼此共享冷却剂。
图17为图16的储液器的立体图。
图18为图16的储液器的另一个立体图。
图19为图16的TEG冷凝器和储液器之间的连接结构的主要部件的立体图。
图20为图1显示的排气热回收系统的储液器箱的示意图。
图21为操作根据本发明的示例性排气热回收系统的储液器箱的方法的流程图。
应当了解，所附附图并非按比例地绘制，显示了说明本发明的基本原理的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
附图标记
1：发动机
2：进气歧管
7：齿轮系
20：电池
30：变换器
40：动力传输部件
50：同流换热器
60：储液器
61：冷却水套
62：入口
64：出口
65：冷却剂引导腔室
66：冷却水套内部路径
67：冷却剂排出腔室
68：冷却水套出口
70：泵
100：主通道
110：第一分支通道
120：第二分支通道
130：第三分支通道
140：第四分支通道
200：EGR(排放气体再循环)管线
210：EGR阀
220：EGR旁路阀
300：EGR冷却器
301：EGR冷却器壳体
302：冷却剂通道
303：EGR冷却器入口
304：EGR冷却器出口
310：过热器
311：过热器壳体
312：过热器内部通道
313：再循环气体入口
314：再循环气体出口
315：过热器入口
316：过热器出口
317：夹具
320：油分离器
330：气液分离器
340：涡轮机
341：电动机发电机
342：动力产生涡轮机
343：带轮
350：工作流体旁路
352：工作流体旁路阀
360：冷却风扇
370：TEG冷凝器
400：热交换器
402：后处理装置
404：排气管道
410：热交换器入口
411：喷嘴
420：热交换器出口
430：腔室
440：腔室延伸管
441：热交换管线
442：排放气体鳍片
450：水平连接构件
460：延伸管
S1：第一通道控制阀
S2：第二通道控制阀
S3：压力调节阀
L1：冷却剂通道
P1：冷却剂泵
V1：第一通道调节阀
V2：第二通道调节阀。
具体实施方式
下面将详细参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的示例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，应当理解本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
如图1和图2所示，根据本发明的各个实施方案的排气热回收系统包括排气管道404、主通道100、涡轮机340、排放气体再循环(EGR)管线200以及通道控制阀S1和S2；从发动机排放的排放气体通过排气管道404运动；工作流体通过主通道100运动；涡轮机340借由从主通道100排放的工作流体而旋转，从而产生电能和机械能；排放气体再循环(EGR)管线200将部分从发动机排放的排放气体循环至进气歧管2；通道控制阀S1和S2设置于主通道100并且控制工作流体的运动，使得沿着EGR管线200运动的排放气体和沿着主通道100运动的工作流体彼此进行热量交换。
另外，根据本发明的各个实施方案的排气热回收系统进一步包括储液器60、热交换器400以及过热器310；在储液器60存储液态的工作流体；热交换器400设置于排气管道404以接收来自储液器60的液态工作流体并且使液态的工作流体蒸发；过热器310连接到EGR冷却器300，以依据通道控制阀的操作而从热交换器400接收经蒸发的工作流体，并且将循环至进气歧管的排放气体的热量传输至经蒸发的工作流体以对经蒸发的工作流体进行加热。
从储液器60供应至热交换器400的工作流体通过泵70被加压。涡轮机340依据通道控制阀S1和S2的操作而选择性地从热交换器400或过热器310接收工作流体。
对从发动机排出的微粒物质(PM)进行再生的后处理装置402设置于排气管道404。排气热回收系统进一步包括热电发电机(TEG)冷凝器370和同流换热器50；热电发电机(TEG)冷凝器370对从涡轮机340排出的工作流体进行冷凝；同流换热器50吸收从涡轮机340运动至冷凝器370的工作流体的热能，并且将热能传输至从储液器60供应至热交换器400的工作流体。
过热器310连接到EGR冷却器300，并且将被引入EGR冷却器300的排放气体的热量传输至通过热交换器400接收的气态工作流体。涡轮机340与过热器310或热交换器400选择性地连通，并且从被接收的气态工作流体接收转矩，以产生电力。
主通道100分叉为第一分支通道110和第二分支通道120；第一分支通道110连接至形成于过热器310的过热器入口315；第二分支通道120朝向涡轮机340延伸。第二分支通道120分叉为第三分支通道130和第四分支通道140；第三分支通道130连接至形成于过热器310的过热器出口，第四分支通道140连接至形成于涡轮机340的涡轮机入口。基于下述状态对主通道100和分支通道110、120、130和140之间的连接关系进行描述：排除了工作流体的流动，并且将主通道100和分支通道110、120、130和140简单地布置。
通道控制阀S1和S2分别设置于第一分支点(主通道100在第一分支点分叉为第一分支通道110和第二分支通道120)和第二分支点(第二分支通道120在第二分支点分叉为第三分支通道130和第四分支通道140)。
更具体地，通道控制阀S1和S2包括设置于第一分支点的第一通道控制阀S1和设置于第二分支点的第二通道控制阀S2，主通道100在第一分支点分叉为第一分支通道110和第二分支通道120，第二分支通道120在第二分支点分叉为第三分支通道130和第四分支通道140。
如图3和图4所示，运行根据本发明的各个实施方案的排气热回收系统的方法包括驱动发动机(S110)和操作通道控制阀S1和S2，使得在操作EGR阀210的情况下主通道100和过热器310彼此交换热量(S120)。
当发动机1被驱动并且EGR阀210工作时，操作通道控制阀，以使得主通道和过热器310彼此连通(S121)。当主通道和过热器310彼此连通时，通过泵70供应的工作流体的量增加(S122)，泵70对来自储液器60(工作流体存储于储液器60中)的工作流体进行压缩并且将经压缩的工作流体供应至热交换器400。
当EGR阀210未工作时，操作通道控制阀，以使得主通道和涡轮机340彼此连通(S123)，并且保持通过泵70供应的工作流体的量(S124)，泵70对来自储液器60(工作流体存储于储液器60中)的工作流体进行压缩并且将经压缩的工作流体供应至热交换器400。
如图5至图7所示，运行根据本发明的各个实施方案的热交换器400(热交换器400为排气热回收系统的热交换器400，其吸收来自排气管道404的热能并且将热能供应至工作流体，以将气态工作流体供应至产生能量的涡轮机304)包括喷嘴411，该喷嘴411使被引入的工作流体雾化。
另外，热交换器400包括设置有热交换器入口410和热交换器出口420的热交换路径，并且喷嘴411设置于热交换器入口410，通过热交换器入口410而引入液态工作流体，通过热交换器出口420将工作流体蒸发并借由排放气体排出。
将热交换路径设置于热交换器壳体中，该热交换器壳体附接至后处理装置402，排放气体通过后处理装置402运动。热交换路径包括腔室430、腔室延伸管440以及延伸管460；腔室430从热交换器入口延伸，并且通过喷嘴411喷洒工作流体以对工作流体进行雾化；腔室延伸管440具有多个热交换管线441，热交换管线441以相同的间隔布置并且附接至腔室430，以将经雾化的工作流体引入热交换管线441；延伸管460位于腔室延伸管440(腔室延伸管440具有多个热交换管线441，热交换管线441以相同的间隔设置并且通过水平连接构件450彼此连接，从而将工作流体从腔室延伸管440引入)的一侧，其中延伸管460连接至热交换器出口420。
多个延伸管460以相同的间隔设置，并且通过多个水平连接构件450彼此连接，以使得热交换器入口和热交换器出口彼此连通。接触排放气体的排放气体鳍片442设置于多个热交换管线441之间，接触工作流体的工作流体鳍片设置于热交换管线441。
将热交换入口连接至泵70和储液器60，泵70对液态工作流体加压并喷射液态工作流体，储液器60将工作流体供应至泵70，将热交换器出口选择性地连接至涡轮机340，气态工作流体从热交换器出口或过热器310供应至涡轮机340。将热交换器出口和涡轮机340彼此连接的主通道100设置有通道控制阀，该通道控制阀阻碍热交换器出口和涡轮机340之间的连通，并且允许热交换器出口和过热器310彼此连通。
如图8和图9所示，涡轮机340包括动力产生涡轮机342、离合器、电动机发电机341和带轮343。
动力产生涡轮机342的转子和电动机发电机341在相同的轴线上彼此连接，并且离合器对动力产生涡轮机342和带轮343进行机械控制。
涡轮机340可以使用动力产生涡轮机342的旋转能量而直接驱动安装于内燃机的轴。这里，安装于内燃机的轴可以为用于将动力传输至车轮的发动机1的曲轴，但是不限于此。安装于内燃机的轴可以为例如额外安装于发动机1和使用转矩运行的驱动装置(例如空气调节器泵、冷却剂泵等)的轴。来自动力产生涡轮机342的旋转能量可以通过传送带传输至该轴。这里，可以使用链或齿轮代替传送带。
同时，电动机发电机341可以将动力产生涡轮机342的旋转能量转换为电能和机械能，并且经上述转换的电能可以存储于电池20中。在离合器将动力产生涡轮机342和带轮343彼此分离的情况下，动力产生涡轮机342的转矩只用于产生电能，在离合器将动力产生涡轮机342和带轮343彼此连接的情况下，动力产生涡轮机342的转矩用于将动力施加至安装于内燃机的轴，并且用于产生电能。电动机发电机341可以从电池接收电能，以驱动安装于内燃机的轴。
动力传输部件40可以安装于发动机1的齿轮系7，以与齿轮系7接合。动力传输部件40可以通过变换器(inverter)30从电池20接收电力以用于起动发动机1，或者可以用作辅助发动机1的驱动源以用于提升发动机1的输出或降低发动机1的负载，从而改进发动机1的燃料效率。
同时，涡轮机340可以进一步包括第二离合器，其可以对动力产生涡轮机342和电动机发电机341进行机械控制。在工作流体使动力产生涡轮机342进行旋转的情况下，当将动力产生涡轮机342的转矩转换为电能的时间过度长时，电池20可能会过度充电。
在这种情况下，第二离合器可以将动力产生涡轮机342和电动机发电机341彼此机械断开，动力产生涡轮机342在与电动机发电机341机械断开的状态下持续旋转。在这种情况下，通过允许动力产生涡轮机342驱动安装于内燃机的轴6而不使动力产生涡轮机342空转，可以最大程度利用动力产生涡轮机342的旋转能量而没有浪费。
在工作流体使动力产生涡轮机342旋转期间，当电池20的电压下降至预定的充电开始参考电压时，再循环系统可以配置为使得第二离合器可以再次将动力产生涡轮机342和电动机发电机341连接至电池20。
在上述配置的涡轮机340中，在车辆的起动停止后，工作流体不从涡轮机340排出而是留在涡轮机340中。留在涡轮机340中的工作流体冷却，使得其从气态变为液态，并且在再次运行发动机1时，液态工作流体和气态工作流体在涡轮机340中共存，这使得由于液态工作流体和气泡，可能会导致发生空化(cavitation)现象并且动力产生涡轮机342可能会受损。
因此，根据图10所示的流程图，根据本发明的各个实施方案的排气热回收系统控制涡轮机340，使涡轮机340在发动机1的起动后强制反向旋转，从而将留在涡轮机340中的工作流体反向引入热交换器400。
下文将更加详细地描述对排气热回收系统的涡轮机进行控制的方法。对排气热回收系统的涡轮机进行控制的方法(该方法是如下的对排气热回收系统的涡轮机进行控制的方法：排放气体的热量通过热交换器400而将工作流体蒸发并且将工作流体供应至涡轮机340，热交换器400设置于排放气体404)包括：开始起动(S210)，测量热交换器400的内部温度(S211)，以及当测量的内部温度为预定温度或更低时，使涡轮机340以相反的方向旋转(S212)。
在起动后，对热交换机400的内部温度进行测量，并且当测量值小于适当的值(50℃)时，反向运行涡轮机340。当测量值为适当的值或更高时，正常运行涡轮机340，并且再次测量热交换器的内部温度(S214)。
当涡轮机340反向运行时，确认是否存在从涡轮机340反向引入至热交换器400的工作流体的流速(S213)。当存在从涡轮机340反向引入热交换器400的工作流体的流速时，继续涡轮机340的反向运行。随后，确认热交换器400的内部温度是否超过阈值(250℃)(S215)。
当存在从涡轮机340反向引入热交换器400的工作流体的流速，并且热交换器400的内部温度超过阈值(250℃)时，操作泵70(泵70对工作流体进行加压并且将经加压的工作流体喷射至热交换器400)并且涡轮机340接收来自工作流体的转矩，以产生电能(S216)。
当不存在从涡轮机340反向引入热交换器400的工作流体的流速，并且热交换器400的内部温度低于阈值时，不操作泵70(泵70对工作流体进行加压并且将经加压的工作流体喷射至热交换器400)(S217)。
如图11和图12所示，将过热器310连接至EGR冷却器300，以便与EGR冷却器可分离。在本发明的各个实施方案中，过热器310(其形成于EGR冷却器300的一侧，从而将经由排气管道404排放的排放气体的热量回收，以对经蒸发的工作流体进行加热)在主通道100中位于EGR冷却器300的上游，并且连接至EGR冷却器300，从而与EGR冷却器可分离。
过热器310和EGR冷却器300通过夹具317而在过热器310和EGR冷却器300之间的连接部分处彼此固定，从而保持过热器310和EGR冷却器300之间的接合。通过夹具317，过热器310和EGR冷却器300的热影响被缓和并且防止对过热器310和EGR冷却器300的损伤。
下文将对安装于根据本发明的各个实施方案的排气热回收系统的可分离的过热器310进行详细描述。
根据本发明的各个实施方案的排气热回收系统包括EGR管线200、涡轮机340、过热器310以及EGR冷却器300；EGR管线200对从发动机1排出的排放气体进行冷却，并且将经冷却的排放气体循环至进气歧管；涡轮机340通过借由与排气管道404的热量交换而蒸发的工作流体而旋转，以产生能量；过热器310设置于EGR管线200，并且与运动至涡轮机340的工作流体进行热量交换；EGR冷却器300形成为与过热器310分开，并且设置于EGR管线200，以与运动至进气歧管的排放气体进行热量交换。
EGR冷却器300包括形成外观的EGR冷却器壳体301，过热器310包括过热器壳体311，过热器壳体311形成外观，连接至EGR冷却器壳体301并且在过热器壳体311中具有过热器内部通道312。
再循环气体入口313(排放气体从排放气体再循环(EGR)管线200被引入再循环气体入口313)和再循环气体出口314(排放气体通过再循环气体出口314而排放至EGR冷却器300)在长度方向上分别形成于过热器壳体311的两端。
过热器内通道312在过热器壳体311的侧表面上突出，并且设置有过热器入口315和过热器出口316，工作流体供应至过热器入口315，工作流体通过过热器出口316从过热器内部通道312排出。如上所述，涡轮机340从热交换器400或过热器310接收工作流体，以产生电力。过热器入口315连接至热交换器400，并且过热器出口316连接至涡轮机340。
EGR冷却器300包括EGR冷却器壳体301、冷却剂通道302、EGR冷却器入口303和EGR冷却器出口304；EGR冷却器壳体301连接至过热器310的过热器壳体311；冷却剂通道302安装于EGR冷却器壳体301中；EGR冷却器入口303从EGR冷却器壳体301突出并且将冷却剂引入冷却剂通道302；EGR冷却器出口304从EGR冷却器壳体301突出并且将来自冷却剂通道302的冷却剂排出。
同时，在起动的早期阶段的排放气体的热量低于在行驶期间的排放气体的热量，并且在起动的早期阶段的热交换器400中的工作流体的蒸发少于在行驶期间的热交换器400中的工作流体的蒸发。因此，在起动的早期阶段，被引入涡轮机340的工作流体的压力较低，这使得通过工作流体的引入在涡轮机340中产生低转矩。鉴于此，如图13和图14所示，根据本发明的各个实施方案的排气热回收系统的热交换器400和涡轮机340之间的连接结构包括热交换器400、涡轮机340以及压力调节阀S3；热交换器400设置于排气管道404，并且将排放气体的热量传输至工作流体；涡轮机340通过主通道100连接至热交换器400并且接收通过主通道100供应的经蒸发的工作流体；压力调节阀S3安装于主通道100，并且允许热交换器400和涡轮机340选择性地彼此连通。
另外，连接结构进一步包括储液器60和泵70，并且将工作流体从涡轮机340回收到储液器60，液态工作流体存储在储液器60中，泵70对工作流体进行加压并且将经加压的工作流体喷射到热交换器400。同流换热器50从工作流体回收热量，并且TEG冷凝器370设置在涡轮机340和储液器60之间。热交换器400具有安装于其出口处的压力传感器。
如图15所示，根据本发明的各个实施方案的排气热回收系统包括如上所述的热交换器400和涡轮机340之间的连接结构，其中，当热交换器400的内部压力是设定值或更高时，操作压力调节阀S3，并且热交换器400和涡轮机340彼此连通(S330)。
在测量热交换器400的内部压力前，安装有热交换器400和涡轮机340的车辆起动，并且运行将工作流体供应至热交换器400的泵70(S310)。测量热交换器400的内部压力，确定内部压力是否为设定值或更高(S320)。工作流体通过压力调节阀S3而在泵70、热交换器400和涡轮机340中循环。
将在下文中对如上所述的根据本发明的各个实施方案的排气热回收系统进行更详细的描述。
当排放气体的温度较低时(例如当发动机1开始起动时)，再循环排放气体(即EGR气体)不通过EGR冷却器300，而是使用EGR旁路阀220来直接被引入进气歧管2，从而可以快速预热发动机1，在排放气体的温度足够高时，将排放气体应用至EGR冷却器300，从而可以减少氮氧化物。
基于EGR气体的流动方向，过热器310可以设置在EGR冷却器300上游。在该情况下，由于EGR气体可以在经过过热器310的同时将大量热传递至工作流体，并且具有未传递至工作流体的热量的EGR气体通过EGR冷却器300进行冷却，从而工作流体可以回收来自EGR气体的尽可能多的热量。
工作流体通过储液器60(液态工作流体储存在储液器60中，并且储液器60具有入口62和出口64)的出口64而供应至泵70，工作流体在经过同流换热器50的同时对通过泵70泵送的工作流体进行加热。
将经过同流换热器50的工作流体供应至热交换器400，以再次接受热量，并且借由设置于EGR冷却器300的过热器310接收热量。即使直到经过过热器310也未被蒸发的液态工作流体通过气液分离器330分离，并且只将经过过热器310的气态工作流体供应至涡轮机340。
即，工作流体从同流换热器50接收热量，并且热交换器400在主通道100中位于EGR冷却器300的上游，使得工作流体在顺序地经过热交换器400和过热器310的同时额外地接收热量。
气态工作流体被供应至涡轮机340以旋转涡轮机340，由于旋转涡轮机340而损失能量的工作流体经过同流换热器50并且返回至储液器60的入口62。
循环通过上述路径的工作流体可以满足朗肯循环条件。这里，朗肯循环(朗肯循环为由两个绝热变化和两个等压变化构成的循环)表示工作流体伴随气态和液态的变化的循环。由于朗肯循环是已知的循环之一，将省略其详细说明。
同流换热器50连接至储液器60的入口62和出口64从而使引入储液器60的工作流体和排出储液器60的工作流体之间进行热量交换。
鉴于流出储液器60的出口64的工作流体，该工作流体通过接收来自经过涡轮机340的工作流体的热而被加热，然后被引入同流换热器50。另一方面，鉴于经过涡轮机340然后被引入同流换热器50的工作流体，该工作流体通过流出储液器60的出口64的工作流体而被冷却。如上所述，同流换热器50基于储液器60的入口62而设置在储液器60上游，基于储液器60的出口64而设置在储液器60下游，从而可以允许工作流体以液态稳定地供应至储液器60，并且在供应至热交换器400前对工作流体进行预热，以提高排气热回收的效率。
TEG冷凝器370设置于储液器60的入口62和同流换热器50之间，在从工作流体中获取热量中执行预定的行为，以使得储液器60中流动的工作流体为液态的。另外，同流换热器50和TEG冷凝器370之间的管道可以形成为使工作流体散热器多次弯曲，从而提高冷却效率。工作流体散热器可以通过冷却风扇360进行冷却。
工作流体散热器的端部连接至TEG冷凝器370，使得通过工作流体散热器和冷却风扇360冷却的工作流体可以额外地通过TEG冷凝器370冷却。
同时，泵70设置于储液器60和同流换热器50之间，在工作流体(其经过将储液器60和泵70彼此连接的管道)从周围吸收热量从而被蒸发的情况下，泵送效率可能会降低。为了避免上述泵送效率的降低，彼此连接储液器60和泵70的管可以进行热绝缘处理。
在主通道100中，过热器310和涡轮机340之间的点以及涡轮机340和同流换热器50之间的点通过工作流体旁路350连接至彼此，并且工作流体旁路阀352选择性地使工作流体旁通至同流换热器50，该工作流体旁路阀352安装在工作流体旁路350。
在工作流体超过特定温度和压力的情况下，工作流体的分子结构受到破坏，这可能使得工作流体丧失特有的材料属性。在如上所述的可能丧失工作流体的特有的材料属性的情况下，使用工作流体旁路阀352将工作流体供应至同流换热器，从而在工作流体经过涡轮机340前使工作流体再次处于常规状态。旁通至同流换热器50的工作流体在经过同流换热器50的同时恢复至常规状态。
理想的是，只有工作流体在主通道100中循环。然而，高温工作流体需要旋转涡轮机340，并且通过涡轮机润滑油对涡轮机340进行润滑，以在涡轮机340高速旋转的同时防止其受到损伤。因此，经过涡轮机340的工作流体可以与涡轮机润滑油混合，并且用于分离非工作流体的其它流体(包括从主通道100的涡轮机340排出的涡轮机润滑油)的油分离器320可以在涡轮机340和同流换热器50之间的管道处形成。
同时，TEG冷凝器370和储液器60分别设置有冷却剂通道L1(用于对工作流体进行冷却的冷却器通过冷却剂通道L1流动)和冷却剂泵P1，冷却剂泵P1供应用于将冷却剂循环通过冷却剂通道L1的动力。因此，连接至TEG冷凝器370的管道和储液器60的布局设计很有难度。
鉴于此，在根据本发明的各个实施方案的排气热回收系统中，如图16至图19所示，将TEG冷凝器370和储液器60配置为彼此共享冷却剂。
根据本发明的各个实施方案的排气热回收系统包括TEG冷凝器370和储液器60，冷却剂通道L1(用于对接收排放气体的热量的工作流体进行冷却的冷却剂通过冷却剂通道L1流动)延伸至储液器60。另外，冷却剂通道L1设置有用于循环冷却剂的冷却剂泵P1。
下文将对此进行详细的描述。如图16至图19所示，根据本发明的各个实施方案的排气热回收系统包括TEG冷凝器370、工作流体和储液器60；TEG冷凝器370具有引入其中的工作流体，并且回收被引入的工作流体的热量；所述工作流体通过设置于排气管道404中的热交换器400接收排放气体的热量；储液器60从TEG冷凝器370接收工作流体，其中，TEG冷凝器370和储液器60设置有冷却剂通道L1，用于对工作流体进行冷却的冷却剂通过冷却剂通道L1流动。
冷却剂通道L1安装有冷却剂泵P1，使得冷却剂可以通过冷却剂通道L1而在TEG冷凝器370和储液器60中循环。储液器60包括冷却水套61，冷却水套61安装于储液器60并设置有连接至冷却剂通道L1的冷却水套入口63和连接至冷却剂通道L1的冷却水套出口68。
冷却水套61包括冷却剂引导腔室65、冷却剂排出腔室67和多个冷却水套内部路径66；冷却剂引导腔室65具有形成于其中的冷却水套入口；冷却剂排出腔室67平行于冷却剂引导腔室65设置，并且具有形成于其中的冷却水套出口68；多个冷却水套内部路径66将冷却剂引导腔室65和冷却水套出口彼此连接。冷却水套内部路径66垂直于冷却剂引导腔室65和冷却剂排出腔室67形成。
同时，储液器60连接至泵70，泵70用于对工作流体进行加压，并且将经加压的工作流体供应至热交换器400。热交换器400连接至过热器310，过热器310用于接收经蒸发的工作流体和对经蒸发的工作流体加热。过热器310附接至EGR冷却器300的前端，EGR冷却器300用于对再循环排放气体进行冷却。
TEG冷凝器370连接至涡轮机340，涡轮机340用于从热交换器400接收工作流体。同流换热器50将从涡轮机340引入TEG冷凝器370的工作流体的热量传输至从TEG冷凝器370引入至储液器60的工作流体，该同流换热器50设置于涡轮机340和TEG冷凝器370之间。
同时，随着涡轮机340的工作负载变大，储液器60的内部温度升高。随着储液器60的内部温度升高，安置于储液器60中的工作流体的温度升高，这使得储液器60中发生将工作流体从液态改变为气态的蒸发现象。由于工作流体从液态改变为气态，所以在泵70(泵70对液态流体加压并且将经加压的液态流体供应至热交换器400)可能不运行的情况下，使得可能发生液态工作流体可能最终不被供应至热交换器400的情况。
鉴于此，在根据本发明的各个实施方案的排气热回收系统中，如图20所示，设置有多个储液器60，60’，只有多个储液器60，60’中内部温度低于特定值的储液器60与热交换器400连通，从而通过泵70将工作流体供应至热交换器400。
根据本发明的各个实施方案的排气热回收系统包括排气管道404、热交换器400、多个储液器60，60’和通道调节阀V1和V2；从发动机1排出的排放气体通过排气管道404运动；热交换器400安装于排气管道404并且引起排放气体和在其中流动的工作流体之间的热量交换；多个储液器60，60’将工作流体供应至热交换器400；通道调节阀V1和V2允许多个储液器60，60’中的任意一个与热交换器400连通。
另外，根据本发明的各个实施方案的排气热回收系统进一步包括泵70、涡轮机340和TEG冷凝器370；泵70对来自多个储液器60，60’的工作流体进行加压，并且将经加压的工作流体供应至热交换器400；涡轮机340从热交换器400接收经蒸发的工作流体，以产生电力；TEG冷凝器370从涡轮机340接收工作流体，以回收工作流体的热量。
通道调节阀V1和V2包括第一通道调节阀V1和第二通道调节阀V2；第一通道调节阀V1设置于第一连接通道，该第一连接通道将TEG冷凝器出口(液态工作流体通过TEG冷凝器出口从TEG冷凝器370排出的)与多个储液器60，60’彼此连接；第二通道调节阀V2设置于第二连接通道，该第二连接通道将多个储液器60，60’和泵70彼此连接。
每个储液器60，60’均设置有温度传感器和压力传感器。根据本发明的各个实施方案的排气热回收系统进一步包括热交换器400和涡轮机340；热交换器400接收通过泵70进行加压和供应的工作流体；涡轮机340从热交换器400接收工作流体以产生电力，并且将工作流体传输至TEG冷凝器370。根据本发明的各个实施方案的排气热回收系统进一步包括同流换热器50，同流换热器50允许从涡轮机340传输至TEG冷凝器370的工作流体的热量被传输至从多个储液器60，60’供应至热交换器400的工作流体。
同流换热器50安装于将泵70和热交换器彼此连接的供应管道和将涡轮机340与TEG冷凝器370彼此连接的回收管道之间。
如图21所示，运行根据本发明的各个实施方案的上述配置的排气热回收系统的储液器箱的方法包括：通过包括在多个储液器60，60’中温度传感器和压力传感器测量多个储液器60，60’的内部温度和压力(S410)；确定存储在多个储液器60，60’中的工作流体是液态的或是气态的(S420)，允许多个储液器60，60’中储存有液态工作流体的储液器60和泵70彼此连通(S430)。
在存储于多个储液器60，60’中的工作流体为气态的情况下，泵70的运行停止(S440)。当多个储液器60，60’中储存有液态工作流体的储液器60的数量为两个或更多时，在多个储液器60，60’中的任意一个储液器60的组和泵70彼此连通。
在开始起动时，多个储液器60，60’中的任意一个储液器60的组与泵70彼此连通。
如上所述，利用根据本发明的各个实施方案的排气热回收系统，排气热可以被回收而不会降低内燃机的输出。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (17)

1.一种排气热回收系统，包括：
排气管道，从发动机排放出的排放气体通过所述排气管道运动；
主通道，工作流体通过所述主通道运动；
涡轮机，其通过从所述主通道排放出的工作流体而旋转，以产生能量；
排放气体再循环管线，其将从发动机排出的排放气体的部分循环至进气歧管；以及
通道控制阀，其设置于所述主通道，并且配置为控制工作流体的运动，使得沿着所述排放气体再循环管线运动的排放气体和沿着所述主通道运动的工作流体彼此进行热量交换。
2.根据权利要求1所述的排气热回收系统，进一步包括：
储液器，在其中存储液态工作流体；
热交换器，其设置于排气管道，以从储液器接收液态工作流体，并且对液态工作流体进行蒸发；以及
过热器，其连接到排放气体再循环冷却器，以依据所述通道控制阀的操作而从所述热交换器接收经蒸发的工作流体，并且将循环至进气歧管的排放气体的热量传输给经蒸发的工作流体，以对经蒸发的工作流体进行加热。
3.根据权利要求2所述的排气热回收系统，其中，从所述储液器供应至热交换器的工作流体通过泵进行加压。
4.根据权利要求2所述的排气热回收系统，其中，所述涡轮机依据所述通道控制阀的操作而选择性地接收来自所述热交换器或所述过热器的工作流体。
5.根据权利要求2所述的排气热回收系统，其中所述主通道分叉为第一分支通道和第二分支通道，所述第一分支通道连接至形成于所述过热器的过热器入口，所述第二分支通道朝涡轮机延伸，以及
第二分支通道分叉为第三分支通道和第四分支通道，所述第三分支通道连接至形成于过热器的过热器出口，所述第四分支通道连接至形成于涡轮机的涡轮机入口。
6.根据权利要求5所述的排气热回收系统，其中所述通道控制阀分别设置于第一分支点和第二分支点，所述主通道在所述第一分支点处分叉为所述第一分支通道和所述第二分支通道，所述第二分支通道在所述第二分支点处分叉为所述第三分支通道和第四分支通道。
7.根据权利要求5所述的排气热回收系统，其中，所述通道控制阀包括：
第一通道控制阀，其设置于第一分支点，所述主通道在所述第一分支点处分叉为所述第一分支通道和所述第二分支通道；以及
第二通道控制阀，其设置于第二分支点，所述第二分支通道在所述第二分支点处分叉为所述第三分支通道和所述第四分支通道。
8.根据权利要求1所述的排气热回收系统，进一步包括后处理装置，其设置于所述排气管道，并且配置为将从发动机排出的微粒物质再生。
9.根据权利要求2所述的排气热回收系统，进一步包括：
冷凝器，其配置为对从所述涡轮机排出的工作流体进行冷凝；以及
同流换热器，其配置为吸收从所述涡轮机运动至所述冷凝器的工作流体的热能，并且将热能传输给从所述储液器喷射至所述热交换器的工作流体。
10.一种排气热回收系统，包括：
主通道，经蒸发的工作流体被引入所述主通道；
多个分支通道，其从所述主通道分叉；
过热器，其设置于所述多个分支通道的至少一个中，并且配置为将热能供应给运动的工作流体；以及
涡轮机，其通过从所述多个分支通道供应的工作流体而旋转，以产生能量。
11.根据权利要求10所述的排气热回收系统，进一步包括通道控制阀，其配置为打开所述多个分支通道中的至少一个，以调节工作流体的流动。
12.根据权利要求11所述的排气热回收系统，其中，所述主通道连接至热交换器，所述热交换器设置于排气管道并且从排放气体回收热量以蒸发液态工作流体。
13.根据权利要求12所述的排气热回收系统，其中，所述涡轮机连接至储液器，所述储液器对工作流体进行加压并且将经压缩的工作流体供应至热交换器。
14.根据权利要求13所述的排气热回收系统，其中，同流换热器配置为在被引入所述储液器的工作流体和从所述储液器排出的工作流体之间引起热量交换，配置为对被引入所述储液器的工作流体进行冷凝的冷凝器设置在所述涡轮机和所述储液器之间。
15.一种运行排气热回收系统的方法，所述排气热回收系统包括：主通道、过热器和涡轮机，通过设置于排气管道的热交换器被蒸发的工作流体被引入所述主通道；通过设置于主通道的通道控制阀，过热器和涡轮机选择性地与主通道连通，过热器加热工作流体，涡轮机使用工作流体或通过过热器被加热的工作流体而产生电力，该方法包括：
驱动发动机；并且
操作通道控制阀，使得在排放气体再循环阀操作时，主通道和过热器彼此进行热量交换。
16.根据权利要求15所述的运行排气热回收系统的方法，其中当主通道和过热器彼此连通时，通过泵供应的工作流体的量增加，所述泵用于对来自储液器的工作流体进行加压并且将经加压的工作流体供应至热交换器，工作流体存储于储液器中。
17.根据权利要求15所述的运行排气热回收系统的方法，其中当确定排放气体再循环阀未操作时，操作通道控制阀，以使得主通道和涡轮机彼此连通，以及
当主通道和涡轮机彼此连通时，通过泵供应的工作流体的量保持不变，所述泵用于对来自储液器的工作流体进行加压并且将经加压的工作流体供应至热交换器，工作流体存储于储液器中。
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