CN105626305B - 排气热回收系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种排气热回收系统，其可以包括冷凝器以及储液器，所述冷凝器具有被引入其中的工作流体，并且回收被引入的工作流体的热量，被引入的工作流体通过设置在排气管道中的热交换器接收排放气体的热量；所述储液器接收来自所述冷凝器的工作流体，其中所述冷凝器和所述储液器设置有冷却剂通道，用于冷却工作流体的冷却剂通过所述冷却剂通道流动。

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19日提交的韩国专利申请第10-2014-0161765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
本发明涉及一种排气热回收系统，更具体地，涉及一种这样的排气热回收系统：其能够通过共享在冷凝器和储液器中流动的冷却剂而提高效率。
背景技术
内燃机已广泛用于车辆、船舶、小型发电机等当中，并且改进内燃机的效率的研究还在不断的进行中。在内燃机中，大量的热量通常作为排气热而排出，并且已经在开发用于通过回收排气热来提高内燃机的整体效率的多个系统。
当考虑到配置排气热回收系统所需的装置和零件、负载增加等等时，更有效地是在具有大排量并可以携带许多人或货物的大型车辆中安装排气热回收系统，而不是在具有小排量并较轻的小型车辆中安装排气热回收系统。
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(turbo compound)的系统和使用热电元件的系统。
使用复合涡轮机的系统采用这样的机制：通过将排气涡轮机(exhaust turbine)附接至排气管线并通过利用排气压力来旋转排气涡轮机而获得输出。在该机制中，可以改进在其中安装有内燃机的整个系统的热效率，但是排气涡轮机作为排放限制器(exhaustresistor)来工作，使得发动机本身的输出降低。
使用热电元件的系统采用这样的机制：使用通过温度差而产生电力的热电元件来进行充电，或者借由电力驱动辅助电机以协助发动机。然而，热电元件本身的成本不能忽略，并且可以安装热电元件的空间较狭小，使得即使将热电元件实际安装在大批量生产的车辆中，也难以明显提高发动机的热效率。
公开于本发明背景部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，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一般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，其能够通过共享在冷凝器和储液器中流动的冷却剂而提高效率。
根据本发明的各个方面，排气热回收系统可以包括热电发电机(ThermoelectricGenerator，TEG)冷凝器以及储液器，其中，热电发电机(TEG)冷凝器具有被引入其中的工作流体，并且回收被引入的工作流体的热量，被引入的工作流体通过设置在排气管道中的热交换器接收排放气体的热量；所述储液器接收来自TEG冷凝器的工作流体，其中所述TEG冷凝器和所述储液器可以设置有冷却剂通道，用于冷却工作流体的冷却剂通过所述冷却剂通道流动。
冷却剂通道可以安装有冷却剂泵，从而冷却剂通过冷却剂通道在TEG冷凝器和所述储液器中循环。
储液器包括冷却水套，所述冷却水套安装在储液器中并设置有连接到冷却剂通道的冷却水套入口和冷却水套出口。
所述冷却水套可以包括：冷却剂引导腔室、冷却剂排出腔室以及多个冷却水套内部路径，其中，冷却剂引导腔室具有形成在其中的冷却水套入口；冷却剂排出腔室与冷却剂引导腔室平行设置并具有形成在其中的冷却水套出口；多个冷却水套内部路径将冷却剂引导腔室和冷却剂排出腔室彼此连接。
冷却水套内部路径可以形成为垂直于冷却剂引导腔室和冷却剂排出腔室。
所述储液器可以连接至泵，所述泵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。
热交换器可以连接到过热器，所述过热器接收并加热经蒸发的工作流体。
过热器可以附接至排放气体再循环(EGR)冷却器的前端，所述排放气体再循环(EGR)冷却器对经再循环的排放气体进行冷却。
TEG冷凝器可以连接到涡轮机，所述涡轮机接收来自热交换器的工作流体。
同流换热器可以设置在涡轮机和TEG冷凝器之间，所述同流换热器将从涡轮机引入TEG冷凝器的工作流体的热量传递至从储液器引入热交换器的工作流体。
根据本发明的各个方面，一种排气热回收系统可以包括热电发电机(TEG)冷凝器和储液器，冷却剂通道延伸至热电发电机(TEG)冷凝器和储液器，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所述冷却剂通道流动。
所述冷却剂通道可以设置有用于循环冷却剂的冷却剂泵。
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，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的示例性排气热回收系统的主要部件的立体图。
图3为运行根据本发明的示例性排气热回收系统的方法的流程图。
图4为运行图3的示例性排气热回收系统的方法的控制方框图。
图5为包括在图1的示例性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为在图1的示例性排气热回收系统中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为控制根据本发明的示例性排气热回收系统的涡轮机的方法的流程图。
图11为包括在图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为示出包括在图1的示例性排气热回收系统中的热交换器的内部压力变化的示意图。
图14为在图1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状态的示意图。
图15为控制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的方法的流程图。
图16为包括在图1的示例性排气热回收系统中的TEG冷凝器和储液器彼此共享冷却剂的结构的示意图。
图17是图16的储液器的立体图。
图18是图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为在图1示出的示例性排气热回收系统的储液器箱的示意图。
图21为运行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步骤图。
应当了解，附图并非按比例地绘制，而是图示性地简化呈现各种特征以显示本发明的基本原理。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、位置和外形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
现在将详细参照本发明的各个具体实施方案，其实施例在附图中进行说明并如下进行描述。虽然本发明与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当了解，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，本发明旨在不仅涵盖示例性具体实施方案，也涵盖包含于如权利要求书限定的本发明的实质和范围内的各种变化、改变、等同和其他具体实施方案。
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，其中，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通过从主通道100排放的工作流体而旋转，以产生电能和机械能，排放气体再循环(EGR)管线200将从发动机排放的部分排放气体循环至进气歧管2，通道控制阀S1和S2设置在主通道100内并控制工作流体的运动，从而使沿着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交换热量。
此外，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和过热器310，其中，在储液器60中储存液态工作流体，热交换器400设置在排气管道404中，以便接收来自储液器60的液态工作流体并蒸发液态工作流体，过热器310连接至EGR冷却器300，以便根据通道控制阀的操作而接收来自热交换器400的经蒸发的工作流体，并且将循环至进气歧管的排放气体的热量传递至经蒸发的工作流体，以便加热经蒸发的工作流体。
从储液器60供应至热交换器400的工作流体通过泵70进行加压。涡轮机340根据通道控制阀S1和S2的操作而选择性地接收来自热交换器400或过热器310的工作流体。
对从发动机排出的微粒物质(PM)进行再生的后处理装置402设置在排气管道404中。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排放的工作流体进行冷凝，同流换热器50从由涡轮机340运动到冷凝器370的工作流体吸收热能，并且将热能传递至从储液器60供应到热交换器400的工作流体。
过热器310连接至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递至通过热交换器400接收的气态工作流体。涡轮机340选择性地与过热器310或热交换器400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连接到在过热器310形成的过热器入口315，并且第二分支通道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连接到在过热器310形成的过热器出口，并且第四分支通道140连接到形成在涡轮机340的涡轮机入口。基于排除工作流体的流动并且对主通道100和分支通道110、120、130和140进行简单布置的状态而对在主通道100和分支通道110、120、130和140之间的连接关系进行描述。
通道控制阀S1和S2分别设置在第一分支点和第二分支点处，主通道100在第一分支点处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在第二分支点处分叉为第三分支通道130和第四分支通道140。
更准确地讲，通道控制阀S1和S2包括设置在第一分支点处的第一通道控制阀S1和设置在第二分支点处第二通道控制阀S2，主通道100在第一分支点处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在第二分支点处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)并操作通道控制阀S1和S2，从而在操作EGR阀210时，主通道100与过热器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)。在主通道和过热器310彼此连通时，增加通过泵70供应的工作流体的量(S122)，泵70对来自储液器60(工作流体存储于储液器60中)的工作流体进行加压并且将经加压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)的工作流体进行加压并且将经加压的工作流体供应至热交换器400。
如图5至图7所示，根据本发明的各个实施方案的热交换器400包括对被引入的工作流体进行雾化的喷嘴411，该热交换器400为这样的排气热回收系统的热交换器400：吸收来自排气管道404的热能并将热能供应至工作流体，以便将气态工作流体供应至产生能量的涡轮机304。
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设置在热交换器入口410中，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而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420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以相同的间隔布置并且通过水平连接构件450彼此连接，从而自腔室延伸管440引入工作流体)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中。
将热交换器入口连接至泵70和储液器60，泵70对液态工作流体进行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并驱动利用转矩运行的装置(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力，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中的轴并且产生电能。电动机发电机341可以从电池接收电力，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，从而提高发动机1的燃料效率。
同时，涡轮机340可以进一步包括第二离合器(未示出)，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驱动安装于内燃机中的轴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彼此连接，从而为电池20充电。
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中的工作流体变冷，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(该方法是对如下的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设置于排气管道404的热交换器400而将工作流体蒸发并且将工作流体供应至涡轮机340)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，对热交换器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的内部温度超过阈值(250℃)时，运行泵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，以产生电力(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，不运行泵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与EGR冷却器300连接为使得过热器310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)位于EGR冷却器300的上游，并且连接至EGR冷却器300，并且使得过热器310与EGR冷却器可分离。
在过热器310和EGR冷却器300之间的连接部分处，过热器310和EGR冷却器300通过夹具317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的热冲击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中的可分离的过热器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设置在EGR管线200中，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中，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。
过热器内部通道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中，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中，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，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，并且将工作流体从涡轮机340回收到储液器60。从工作流体回收热量的同流换热器50和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，在根据本发明的各个实施方案的、具有如上所述的热交换器400和涡轮机340之间的连接结构的排气热回收系统中，当热交换器400的内部压力为设定值或更高时，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，这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。
将在下文中对上述配置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来直接将再循环排放气体引入进气歧管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，从而可以降低氮氧化物。
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，从而工作流体可以从EGR气体回收尽可能多的热量。
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，通过泵70泵送的工作流体在经过同流换热器50的同时被加热。
将经过同流换热器50的工作流体供应至热交换器400，以再次接收热量，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。此处，朗肯循环为由两个绝热变化和两个等压变化构成的循环，其表示工作流体涉及蒸汽和液体的相态变化的循环。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64两者，从而使被引入储液器60的工作流体和流出储液器60的工作流体之间进行热量交换。
对于流出储液器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然后被引入同流换热器50的工作流体的热量而被加热。另一方面，对于经过涡轮机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，在从工作流体获取热量当中起到预定的作用，以使得储液器60中流动的工作流体为液态。另外，同流换热器50和TEG冷凝器370之间的管道可以由多次弯曲的工作流体散热器形成，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，将储液器60和泵70彼此连接的管道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而彼此连接，并且选择性地使工作流体旁通至同流换热器50的工作流体旁路阀352安装在工作流体旁路350中。
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独特的材料属性。在如上所述的可能丧失工作流体的独特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50，从而在工作流体经过涡轮机机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并且涡轮机340通过涡轮机润滑油而被润滑从而避免涡轮机340在高速旋转时被损坏。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剂通过冷却剂通道L1流动)和冷却剂泵P1，冷却剂泵P1供应用于通过冷却剂通道L1对冷却剂进行循环的动力。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(用于对接收排出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和储液器60；TEG冷凝器370具有引入其中的工作流体，并且对被引入的工作流体的热量进行回收，工作流体通过设置于排气管道404中的热交换器400接收排出气体的热量；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；冷却水套内部路径66将冷却剂引导腔室65和冷却剂排出腔室67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用于对再循环排出气体进行冷却。
TEG冷凝器370连接至涡轮机340，涡轮机340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储液器60引入热交换器400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，放置于储液器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排出的排出气体通过排气管道404移动；热交换器400安装于排气管道404并且引起排出气体和在热交换器400中流动的工作流体之间的热量交换；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)与多个储液器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。
储液器60，60’的每个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进行加压并且被供应的工作流体；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，运行上述配置的根据本发明的各个实施方案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’中的所有工作流体均为气态的情况下，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组和泵70彼此连通。
在开始起动时，多个储液器60中的任意一个储液器60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，在冷凝器和储液器流动的冷却剂得以共享，使得排气热回收系统的效率得以提高。
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 (8)

1.一种排气热回收系统，包括：
主通道，工作流体通过该主通道运动；
涡轮机，其通过从主通道排放的工作流体而旋转，以产生电能和机械能；
冷凝器，其具有被引入其中的工作流体，并且回收被引入的工作流体的热量，被引入的工作流体通过设置于排气管道的热交换器接收排放气体的热量；
储液器，其连接到冷凝器并接收来自所述冷凝器的工作流体，以及
同流换热器，其将从涡轮机引入冷凝器的工作流体的热量传递至从储液器引入热交换器的工作流体；
其中所述冷凝器和所述储液器设置有连通的冷却剂通道，用于冷却工作流体的冷却剂通过所述冷却剂通道流动；
其中所述同流换热器设置在涡轮机和冷凝器之间；
其中在主通道中，过热器和涡轮机之间的点以及涡轮机和同流换热器之间的点通过工作流体旁路而彼此连接；选择性地使工作流体旁通至同流换热器的工作流体旁路阀安装在工作流体旁路中。
2.根据权利要求1所述的排气热回收系统，其中所述冷却剂通道安装有冷却剂泵，从而冷却剂通过冷却剂通道在所述冷凝器和所述储液器中循环。
3.根据权利要求1所述的排气热回收系统，其中所述储液器包括冷却水套，所述冷却水套安装在储液器中并设置有连接到冷却剂通道的冷却水套入口和冷却水套出口。
4.根据权利要求3所述的排气热回收系统，其中所述冷却水套包括：
冷却剂引导腔室，其具有形成在其中的冷却水套入口；
冷却剂排出腔室，其与所述冷却剂引导腔室平行设置并具有形成在所述冷却剂排出腔室中的冷却水套出口；以及
多个冷却水套内部路径，其将所述冷却剂引导腔室和所述冷却剂排出腔室彼此连接。
5.根据权利要求4所述的排气热回收系统，其中所述冷却水套内部路径形成为垂直于所述冷却剂引导腔室和所述冷却剂排出腔室。
6.根据权利要求1所述的排气热回收系统，其中所述储液器连接至泵，所述泵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。
7.根据权利要求6所述的排气热回收系统，其中热交换器连接到过热器，所述过热器接收并加热经蒸发的工作流体。
8.根据权利要求7所述的排气热回收系统，其中过热器设置于排放气体再循环冷却器的上游，所述排放气体再循环冷却器对排放气体进行冷却。
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