CN108474286A - 用于燃式发动机和whr系统的冷却系统 - Google Patents

用于燃式发动机和whr系统的冷却系统 Download PDF

Info

Publication number
CN108474286A
CN108474286A CN201680077973.2A CN201680077973A CN108474286A CN 108474286 A CN108474286 A CN 108474286A CN 201680077973 A CN201680077973 A CN 201680077973A CN 108474286 A CN108474286 A CN 108474286A
Authority
CN
China
Prior art keywords
condenser
coolant
pipeline
temperature
radiator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201680077973.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108474286B (zh
Inventor
O·哈尔
Z·卡多斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Scania CV AB
Original Assignee
Scania CV AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Scania CV AB filed Critical Scania CV AB
Publication of CN108474286A publication Critical patent/CN108474286A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108474286B publication Critical patent/CN108474286B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F01P7/165—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control characterised by systems with two or more loops
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/065—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion taking place in an internal combustion piston engine, e.g. a diesel engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/101—Regulating means specially adapted therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K9/00—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines
    • F01K9/003—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines condenser cooling circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P9/00—Cooling having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P7/00
    • F01P9/06—Cooling having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P7/00 by use of refrigerating apparatus, e.g. of compressor or absorber type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P2007/146—Controlling of coolant flow the coolant being liquid using valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
    • F01P2060/14—Condenser
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/20—Cooling circuits not specific to a single part of engine or machine
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
  • Thermotherapy And Cooling Therapy Devices (AREA)
  • Ink Jet (AREA)
  • Cosmetics (AREA)
  • Cooling, Air Intake And Gas Exhaust, And Fuel Tank Arrangements In Propulsion Units (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

本发明涉及用于燃料式发动机和车辆(1)中的WHR系统的冷却系统。该冷却系统包括：引导冷却剂通过散热器(8)的散热器管线(7)，引导冷却剂绕过散热器(8)的散热器旁路管线(9)，引导冷却剂通过WHR系统的冷凝器(18)的冷凝器管线(22)，以及引导冷却剂绕过冷凝器(18)的冷凝器旁路管线(3a)。此外，冷却系统包括布置在冷凝器旁路管线(3a)中的阀(23)，可以通过该阀相对于冷凝器管线(22)中的流动阻力来调节冷凝器旁路管线(3a)中的流动阻力，并因此相对于通过冷凝器管线(22)的冷却剂流率来调节通过冷凝器旁路管线(3a)的冷却剂流率；还包括被构造成对阀(23)进行控制的控制单元(24)，使得被引导至冷凝器(18)的冷却剂的温度和流率导致冷凝器(18)中的工作介质被冷却至期望冷凝温度/压力。

Description

用于燃式发动机和WHR系统的冷却系统
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于燃式发动机和WHR系统的冷却系统。
背景技术
WHR系统(废热回收系统)可用于车辆中，以回收废热能并将其转换为机械能或电能。WHR系统包括泵，泵对工作介质加压并使工作介质在闭合回路中循环。回路包括一个或多个蒸发器，工作介质在该蒸发器中被一个或多个热源(诸如来自燃式发动机的排气)加热并蒸发。被加压且加热的气态工作介质被引导到膨胀器中并在膨胀器中膨胀。膨胀器产生可用于操作车辆或车辆上的装置的机械能。可选地，膨胀器连接至产生电能的发电机。离开膨胀器的工作介质被引导至冷凝器。工作介质在冷凝器中冷却到其冷凝所处的温度。液化的工作介质被重新引导至对介质加压的泵中。因此，能够借助于WHR系统回收例如来自车辆中的内燃机的废气的废热能。因此，WHR系统可以减少燃式发动机的燃料消耗。
为了实现WHR系统中的高热效率，冷凝器中的工作介质应被冷却至尽可能低的冷凝温度并且基本上没有过冷。因此，为了实现WHR系统中的高热效率，工作介质将以合适的冷却效果进行冷却。然而，在不同的操作条件期间，冷凝器中的工作介质的适当冷却效果例如随着例如从废气供应至蒸发器的热效果而变化。由于来自排气的供应热量可能迅速地变化，因此困难的是，给冷凝器中的工作介质持续提供冷却效果以产生WHR系统的高热效率。
US2013/0118423示出了一种冷却回路，该冷却回路具有对电机进行冷却的循环冷却剂。冷却回路包括冷却管线和旁路管线，冷却剂在该冷却管线中对WHR系统的冷凝器中的工作介质进行冷却，该旁路管线引导介质越过冷凝器。利用在特定压力下打开的泄压阀控制通过旁路管线的冷却剂流。
发明内容
本发明的目的是提供一种冷却系统，该冷却系统能够以快速且简单的方式提供对WHR系统的冷凝器中的工作介质的冷却效果的调节，以便基本上连续地建立冷凝器中的工作介质的冷凝温度/压力，WHR系统在该冷凝温度/压力下获得高热效率。
上述目的是通过根据权利要求1的特征部分所述的冷却系统实现的。在这种情况下，对燃式发动机进行冷却的冷却系统也用于对WHR系统的冷凝器中的工作介质进行冷却。因此，不需要使用额外的冷却系统。冷凝器中的工作介质的冷却效果与通过冷凝器的冷却剂流率和冷却剂温度有关。冷却系统包括引导冷却剂通过冷凝器的冷凝器管线和引导冷却剂绕过冷凝器的冷凝器旁路管线。阀设置在冷凝器旁路管线中。可以借助于这种阀相对于冷凝器管线中的流动阻力来调节旁路管线中的流动阻力，并且因此可以相对于冷凝器管线中的流率来调节旁路管线中的冷却剂流率。不需要使用其它阀。可以借助于阀快速且可靠地调节通过冷凝器的冷却剂流率。几乎总是可以提供通过冷凝器的冷却剂流率，从而导致冷凝器中的工作介质在不同的操作条件下冷却到期望冷凝温度/压力。然而，由于实际原因，通常适宜避免WHR系统中的负压。在这种情况下，适宜获得刚好高于1bar的冷凝压力。期望压力范围可以例如在1.1bar至1.5bar的范围内。应该注意的是，工作介质的冷凝压力具有相应的冷凝温度。
根据本发明的实施方式，冷凝器旁路管线是发动机入口管线的一部分。在这种情况下，可以从散热器管线中接收冷却的冷却剂，和/或可以从散热器旁路管线在冷凝器旁路管线中经由相对较短的管线接收未冷却的冷却剂。有利地，当阀在完全打开位置时，冷凝器旁路管线中的流动阻力显着低于冷凝器管线中的流动阻力。在这种情况下，冷凝器旁路管线中的流动阻力可以相对于冷凝器管线中的流动阻力显著变化，并且通过冷凝器管线与通过冷凝器旁路管线的冷却剂流量的比例以相应的程度变化。优选地，阀能够以无级方式进行调节。在这种情况下，可以高精度地改变冷凝器旁路管线和冷凝器管线之间的冷却剂流率。
根据本发明的实施方式，散热器旁路管线在第一连接点处连接到冷凝器旁路管线。这种第一连接点有助于未冷却的冷却剂从散热器旁路管线流到冷凝器旁路管线。散热器旁路管线中的未冷剂的冷却剂的温度通常过高而无法冷却冷凝器中的工作介质。散热器管线可以在第二连接点处连接到冷凝器管线。这种第二连接点有助于冷却的冷却剂从散热器管线流到冷凝器管线。通常，离开散热器的冷却剂的温度非常适于冷却冷凝器中的工作介质。冷却系统可以包括连接第一连接点和第二连接点的连接管线。这种连接管线使得在某种操作条件期间可以将冷却剂从散热器旁路管线引导至冷凝器管线，并且在其它操作条件期间可以将冷却剂从散热器管线引导至冷凝器旁路管线。
根据本发明的实施方式，当恒温器处于关闭位置时，控制单元在操作条件期间被构造成：估算冷凝器中的工作介质的期望冷却温度/压力，计算要被引导至冷凝器的处于主导(prevailing)冷却剂温度的所需冷却剂流率，所述工作介质在冷凝器处接收期望冷凝温度/压力，并且对阀进行调节以使计算出的冷却剂流率被引导至冷凝器。在这种情况下，恒温器将整个冷却剂流率引导至散热器旁路管线。冷却系统中的总冷却剂流率可以借助于与冷却剂泵的性能数据有关的信息来估算。散热器旁路管线中的冷却剂温度可以由温度传感器测量。在这种情况下，相对较不复杂的是计算将被引导至冷凝器以将工作介质冷却至期望冷凝温度/压力的冷却剂流率。
根据本发明的实施方式，当恒温器处于部分打开位置时，控制单元在操作条件期间被构造成：估算冷凝器中的工作介质的期望冷凝温度/压力，计算散热器管线中的冷却剂流率和散热器旁路管线中的冷却剂流率，计算使冷凝器中的工作介质被冷却至期望冷凝温度/压力的冷却剂流率和冷却剂温度组合，以及对阀进行调节，使得处于计算出的流率和温度组合的冷却剂被引导至冷凝器管线和冷凝器。当恒温器部分打开时，其将第一冷却剂流率引导至散热器管线，并将第二冷却剂流率引导至散热器旁路管线。第一冷却剂流率在其离开散热器时处于第一温度，并且第二冷却剂流率处于第二温度。当恒温器部分打开时，可以将处于第一温度的第一冷却剂流率和处于第二温度的第二冷却剂流率的适当混合物引导至冷凝器，以将工作介质冷却至期望冷凝温度/压力。冷却剂的第一温度和第二温度可以由温度传感器测量。但是，安装用来高精度测量散热器管路和散热器旁路管线中的冷却剂流率的流率计是复杂且昂贵的。为了避免安装流率计，估算散热器中的冷却效果，从而计算通过散热器的第一冷却剂流率。在这种情况下，可以通过高精度、简单的方式并且低成本地估算散热器中的第一冷却剂流率。第二冷却剂流率可以被计算为总冷却剂流率与第一冷却剂流率之间的差异。冷却系统中的总冷却剂流率可以借助于与冷却剂泵的性能数据有关的信息来估算。
根据本发明的实施方式，控制单元在恒温器处于完全打开位置时的操作条件期间被构造成：估算冷凝器中的工作介质的期望冷却温度/压力，计算要被引导至冷凝器的处于当前冷却剂温度的所需冷却剂流率，所述工作介质在冷凝器处接收期望冷凝温度/压力，并且对阀进行调节以使计算出的冷却剂流率被引导至冷凝器。在这种情况下，恒温器将整个冷却剂流率引导至散热器管线。冷却系统中的总冷却剂流率可以借助于与冷却剂泵的性能数据有关的信息来估算。散热器管线中的冷却剂温度可以由温度传感器测量。在这种情况下，同样相对较不复杂的是计算将被引导至冷凝器以将工作介质冷却至期望冷凝温度/压力的冷却剂流率。
根据本发明的实施方式，冷却系统可以包括传感器，该传感器感测与冷凝器中的工作介质的实际冷凝温度/压力有关的参数。用于实现在不同的操作条件期间将实际冷凝温度/压力调节到所期望温度/压力的条件是接收有关实际冷凝温度/压力的信息。这种传感器可以感测冷凝器中的压力或温度。或者，它可以感测离开冷凝器的冷却剂的温度。离开冷凝器的冷却剂的温度与冷凝温度密切相关。控制单元可以被构造成借助于所述参数来估算冷凝器中的工作介质的实际冷凝温度，以将实际冷凝温度与实际操作条件下的期望冷凝温度进行比较，并且控制阀从而消除实际冷凝温度与期望冷凝温度之间可能的差异。控制单元可以访问在不同操作条件下的期望冷凝温度/压力的存储值。
根据本发明的实施例，WHR系统中的工作介质是乙醇。乙醇在1bar下的蒸发温度大约为78℃。相对容易的是实现低于乙醇的蒸发温度的适当水平的冷却剂温度并将冷凝器中的乙醇冷却至刚好高于78℃的冷凝温度。然而，可以使用其它工作介质，例如R245fa。
根据本发明的实施方式，工作介质在WHR系统的蒸发器中借助于来自燃式发动机的排气被加热。来自燃式发动机的排气含有大量热能，这些热能通常被供应到环境中。能够借助于WHR系统回收废气中的大部分热能。
附图说明
下面参照附图描述本发明的作为示例的优选实施方式作为，其中：
图1示出了根据本发明的优选实施方式的冷却系统。
具体实施方式
图1示出了驱动示意性公开的车辆1的燃式发动机2。燃式发动机2可以是柴油发动机。车辆1可以是重型车辆。车辆1包括冷却系统，该冷却系统包括发动机入口管线3，该发动机入口管线设置有使冷却剂在冷却系统中循环的泵4。泵4提供通过燃式发动机2的冷却剂流率当冷却剂已经循环经过燃式发动机2时，其被接收在发动机出口管线5中。恒温器6设置在发动机出口管线5的端部处。恒温器6接收处于温度t2的冷却剂流率冷却系统包括引导冷却剂通过散热器8的散热器管线7。散热器管线7包括散热器入口管线7a和散热器出口管线7b。冷却系统包括引导冷却剂绕过散热器8的散热器旁路管线9。散热器旁路管线9和散热器出口管线7b经由连接管线10彼此连接。连接管线10经由第一连接点9a连接至散热器旁路管线9并经由第二连接点7c连接至散热器出口管线7b。
当冷却剂温度t2低于恒温器6的调整温度时，恒温器6关闭。在关闭位置，恒温器6将整个冷却剂流率引导至散热器旁路管线9。然而，可以将发动机出口管路5中的冷却剂流率的一部分经由恒温器旁路管线6a引导至散热器管路7。通过恒温器旁路管线6a的冷却剂流率由阀6b调整。当冷却剂温度t2处于在比调整温度稍高的温度范围内时，恒温器6部分打开。在部分打开位置，恒温器6将冷却剂流率的第一部分引导至散热器管线7，并将冷却剂流率的第二部分引导至散热器旁路管线9。在冷却剂的温度高于恒温器6部分打开所处的所述温度范围的最高温度的情况下，恒温器6完全打开。在完全打开位置，恒温器6将整个冷却剂流率引导至散热器管线7。冲压空气和散热器风扇11提供通过散热器8的冷却气流。冷却剂在散热器8中被冷却至温度t1。
车辆设置有WHR系统(废热回收系统)。WHR系统包括泵12，其将工作介质加压并在闭合回路13中循环。在这种情况下，工作介质是乙醇。但是，可以使用其它种类的工作介质，例如R245fa。泵12将工作介质加压并循环到蒸发器14。工作介质在蒸发器14中例如通过来自燃式发动机的排气而被加热。工作介质在蒸发器14中被加热到其蒸发所处的温度。工作介质从蒸发器14循环到膨胀器15。
被加压和加热的工作介质在膨胀器15中膨胀。膨胀器15产生旋转运动，该旋转运动可以经由适当的机械传动装置16传递到车辆1的动力系的轴杆17。替代地，膨胀器15可以连接至将机械能转换成电能的发电机。电能可以被存储在电池中。在工作介质已经通过膨胀器15之后，其被引导至冷凝器18。工作介质在冷凝器18中利用来自冷却系统的冷却剂被冷却至其冷凝所处的温度。工作介质被从冷凝器18引导至接收器19。泵12从接收器19的底部吸入工作介质，确保只有处于液态的工作介质被供应至泵12。第一控制单元20控制WHR系统的操作。第一控制单元20控制泵12和膨胀器15的操作。WHR系统使得可以将来自排气的热能转换成机械能或电能。
排气的温度以及因此蒸发器14中的工作介质的加热效果在不同的操作条件期间变化。为了保持WHR系统中的基本上连续的高的热效率，冷凝器18中的工作介质将利用可调节冷却效果冷却。有利的是在不同的操作条件下建立尽可能低的冷凝压力。但是，由于实际原因，适当的是避免WHR系统中的负压。鉴于这些事实，适当的是将冷凝器18中的工作介质冷却至刚好高于1bar的冷凝压力。因此，为了保持高的热效率，有必要鉴于来自排气所供应的热能来调节冷凝器18中的工作介质的冷却效果，使得冷凝压力将刚好高于1bar。工作介质乙醇在1bar下的冷凝温度为78℃。在这种情况下，适当的是在冷凝器18中实现刚好高于78℃的冷凝温度。
冷却系统包括引导冷却剂通过冷凝器18的冷凝器管线22。冷凝器管线22包括将冷却剂引导至冷凝器18的冷凝器入口管线22a。冷凝器入口管线22a从散热器出口管线7b和/或经由第二连接点7c从连接管线10接收冷却剂。冷凝器管线22包括将冷却剂从冷凝器18引导至与发动机入口管线3连接的第三连接点22c的冷凝器出口管线22b。第三连接点布置在阀23的下游位置、布置在发动机入口管线3中并位于泵4的上游。发动机入口管线3的布置在第一连接点9a与第三连接点22c之间的部分限定了冷凝器旁路管线3a。阀23为冷凝器旁路管线3a中的冷却剂以无级方式提供可调节流动阻力。冷凝器管线22为冷却剂提供恒定流动阻力。借助于可以是节流阀的阀23，可以相对于冷凝器管线22中的恒定流动阻力来调节冷凝器旁路管线3a中的流动阻力，并且因此可以相对于通过冷凝器管线22的冷却剂流率来调节通过冷凝器旁路管线3a的可调节冷却剂流率
第二控制单元24控制阀6和阀23。第一温度传感器25感测环境温度。第二温度传感器26感测发动机出口管线5中的冷却剂的温度t2。第三温度传感器27感测散热器出口管线7b中的冷却剂的温度t1。第二控制单元24基本上连续地从所述温度传感器25-27接收与实际温度有关的信息。第二控制单元24还从第一控制单元20接收与WHR系统的操作条件有关的信息。此外，第二控制单元24接收与车辆的操作参数28(诸如车辆速度和散热器风扇11的转速)有关的信息。第二控制单元24访问所存储的与散热器8的在变化的气流下的性能数据有关的信息。膨胀罐29经由静态管线30在阀23的下游和泵4的上游位置连接至发动机入口管线3。温度传感器21或压力传感器感测冷凝器18中的冷凝温度或冷凝压力。
在操作期间，控制单元24接收与车辆1的相关操作参数有关的信息。操作参数包括车辆1的速度和散热器风扇11的转速。操作参数可以包括发动机负载和排气温度。另外，控制单元24接收与WHR系统的相关操作参数有关的信息。控制单元24例如从温度传感器21接收与冷凝器18中的实际冷凝温度Ta有关的信息。控制单元24估算冷凝器18中的工作介质的期望冷凝温度。当乙醇用作工作介质时，在大多数操作条件期间，期望的是约80℃的冷凝温度。控制单元24估算冷凝器18中的工作介质的所需冷却效果Qc，工作介质在该冷凝器处接收期望冷凝温度T。
控制单元24接收与发动机出口管线5中的冷却剂温度t2有关的信息。在发动机出口管线5中的冷却剂温度t2低于恒温器6的调整温度的操作条件下，控制单元24注意到恒温器6处于关闭位置。在阀6b关闭的情况下，处于温度t2的整个冷却剂流率流向散热器旁路管线9。控制单元24接收与被引导至冷凝器18的冷却剂的温度t2以及冷凝器中的所需冷却效果Qc有关的信息。此外，控制单元24可以访问必要的参数，诸如冷却剂和工作介质的热容量以及冷凝器18的性能数据。鉴于这个事实，控制单元24可以计算将被引导至冷凝器18的处于温度t2的所需冷却剂流率以便利用估算出的冷却效果Qc来冷却冷凝器18中的工作介质，工作介质在该冷凝器处在期望冷凝温度T下冷凝。
之后，控制单元24调整阀23，使得该阀提供冷却剂旁路管线3a中的流动阻力，散热器旁路管线9中的冷却剂流率在冷却剂旁路管线处被分成经由连接管线10流向冷凝器管线22的冷却剂流率和通过冷凝器旁路管线3a的剩余冷却剂流率剩余冷却剂流率控制单元24从温度传感器21接收与实际冷凝温度Ta有关的信息。控制单元24将实际冷凝温度Ta与期望冷凝温度T进行比较。在实际冷凝温度Ta和期望冷凝温度T之间存在差异的情况下，控制单元24提供进一步的阀调节，以便消除这种可能的差异。
在发动机出口管路5中的冷却剂温度t2相对较高但低于恒温器6的调整温度的操作条件期间，不适合将处于温度t2的冷却剂引导至冷凝器18。在这种情况下，控制单元24可以打开阀6b，使得发动机出口管线5中的冷却剂流率的一部分被引导至散热器8。该措施使得可以将温度低于t2的冷却剂引导至冷凝器18。
如果相反，发动机出口管线5中的冷却剂温度t2处于恒温器6部分打开的温度范围内，则恒温器6将冷却剂流率的第一部分引导至散热器管线7，并且将冷却剂流率的第二部分引导至散热器旁路管线9。冷却剂流率的第一部分被冷却至散热器8中的温度t1。控制单元24借助于散热器8在不同空气流率和空气温度下的性能数据估算散热器8中的冷却效果Qr。借助于车辆1的速度以及散热器风扇11的转速的信息来估算通过散热器8的气流。控制单元24从温度传感器25接收与环境空气的温度有关的信息。控制单元24根据公式计算通过散热器8的冷却剂流率散热器中的冷却效果Qr已在上文中估算，cp是冷却剂的热容量，t2从温度传感器27接收的并且t1从温度传感器27接收。因此，通过散热器8的冷却剂流率是可计算的，这是因为其是公式中唯一未知的参数。通过散热器旁路管线9的冷却剂流率可以被计算为其中是冷却系统中由泵4限定的总冷却剂流率。
控制单元24现在具有与散热器管线7中的冷却剂的流率和温度t1有关的信息以及与散热器旁路管线9中的冷却剂的流率和温度t2有关的信息。在这种情况下，处于温度t1的整个冷却剂流率被从散热器出口管线7b引导至冷凝器管线22和冷凝器18。然而，可以借助于阀23将来自散热器旁路管线9的处于温度t2的冷却剂流率的可变量经由连接管线10引入冷凝器管线22。控制单元24计算在冷凝器中提供期望冷却效果Qc的可能的冷却剂流率和温度t3组合，工作介质在该冷凝器处在期望冷凝温度T下冷凝。在一些操作条件期间，这种组合的数量可能相对较大。可以排除到冷凝器18的冷却剂流率过小的组合。控制单元24选择将被引导至冷凝器18的冷却剂流率和冷却剂温度t3的最佳组合。控制单元24执行阀23以及冷凝器旁路管线3a中的流动阻力的调节，以便将具有冷却剂流率和冷却剂温度t3的所选组合的冷却剂引导至冷凝器管线22和冷凝器18。
控制单元24从温度传感器21接收与冷凝器18中的实际冷凝温度Ta有关的信息。控制单元24将实际冷凝温度Ta与期望冷凝温度T进行比较。在实际冷凝温度Ta和期望冷凝温度T之间存在差异的情况下，控制单元24执行进一步的阀23调节，以便消除这种可能的差异。
如果相反，发动机出口管线5中的冷却剂温度t2高于恒温器6部分打开所处的所述温度范围中的最高温度，则恒温器6完全打开并且将整个冷却剂流率从发动机出口管线5引导至散热器管线7和散热器8。控制单元24计算将要被引导至冷凝器18的处于温度t1的所需冷却剂流率以便利用所估算的冷却效果Qc冷却冷凝器18中的工作介质，工作介质在该冷凝器处在期望冷凝温度T下冷凝。在这种情况下，控制单元24从温度传感器27接收与冷却剂温度t1有关的信息。此外，控制单元24可以访问必要的参数，诸如冷却剂和工作介质的热容量cp以及冷凝器18的性能数据。考虑到这个事实，控制单元24可以计算将要被引导至冷凝器18的处于温度t1的所需冷却剂流率
控制单元24对阀23进行调整，使得其提供冷凝器旁路管线3a中的流动阻力，散热器管线7中的冷却剂流率在该冷凝器旁路管线处被分成通过冷凝器管线22的冷却剂流率和经由连接管线10流向冷凝器旁路管线3a的剩余冷却剂流率控制单元24从温度传感器21接收与实际冷凝温度Ta有关的信息。控制单元24将实际冷凝温度Ta与期望冷凝温度T进行比较。在实际冷凝温度Ta和期望冷凝温度T之间存在差异的情况下，控制单元24提供进一步的阀调节，以便消除这种可能的差异。
本发明不限于以上描述的实施方式，而可以在权利要求的范围内自由改变。

Claims (12)

1.一种用于车辆(1)中的燃式发动机和WHR系统的冷却系统，其中所述冷却系统包括：
-引导冷却剂通过散热器(8)的散热器管线(7)，所述冷却剂在所述散热器中被冷却至第一温度(t1)，
-引导冷却剂绕过所述散热器(8)的散热器旁路管线(9)，
-接收来自所述散热器管线(7)和/或所述散热器旁路管线(9)的冷却剂并引导所述冷却剂通过所述WHR系统的冷凝器(18)的冷凝器管线(22)，
-接收来自所述散热器管线(7)和/或所述散热器旁路管线(9)的冷却剂并引导所述冷却剂绕过所述冷凝器(18)的冷凝器旁路管线(3a)，
-接收处于第二温度(t2)的冷却剂流量范围的恒温器(6)，其中所述恒温器(6)在关闭位置将整个所述冷却剂流量范围引导至所述散热器旁路管线(9)，在部分打开位置将第一冷却剂流量范围引导至所述散热器管线(7)并且将第二冷却剂流量范围引导至所述散热器旁路管线(9)，并且在完全打开位置将整个冷却剂流率引导至所述散热器管线(7)，其中所述冷却系统包括：
-设置在所述冷凝器旁路管线(3a)中的阀(23)，通过所述阀能够相对于所述冷凝器管线(22)中的流动阻力调节所述冷凝器旁路管线(3a)中的流动阻力，并且因此相对于通过所述冷凝器管线(22)的冷却剂流率调节通过所述冷凝器旁路管线(3a)的冷却剂流率以及
-控制单元(24)，其被构造成控制所述阀(23)，使得被引导至所述冷凝器(18)的所述冷却剂的温度和流率导致所述冷凝器(18)中的工作介质在实际操作条件下被冷却至期望冷凝温度/压力，
其特征在于，所述控制单元(24)在所述恒温器(6)处于部分打开位置时的操作条件期间被构造成：估算所述冷凝器(18)中的介质的期望冷却温度(T)，计算通过所述散热器管线(7)的冷却剂流率和通过所述散热器旁路管线(9)的冷却剂流率计算使所述冷凝器(18)中的所述介质冷却至所述期望温度(T)的冷却剂流率和冷却剂温度(t3)组合，并且对阀(23)进行调节以使得在选定的流率和温度(t3)组合下的所述冷却剂被引导至所述冷凝器管线(22)和所述冷凝器(18)。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述旁路管线(3a)是发动机入口管线(3)的一部分。
3.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，所述旁路管线(3a)布置在所述发动机入口管线(3)中的泵(4)的上游位置。
4.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述阀(23)能够以无级方式进行调节。
5.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述散热器旁路管线(9)在第一连接点(9a)处连接到所述冷凝器旁路管线(3a)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述散热器管线(7)在第二连接点(7c)处连接到所述冷凝器管线(22)。
7.根据权利要求5和6所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统包括连接所述第一连接点(9a)和所述第二连接点(7c)的连接管线(10)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述控制单元(24)在所述恒温器(6)处于关闭位置时的操作条件期间被构造成：估算所述冷凝器(18)中的介质的期望冷却温度(T)，计算要被引导至所述冷凝器(18)的处于所述温度(t2)的所需冷却剂流率所述介质在所述冷凝器处接收所述期望冷却温度(T)，并且对所述阀(23)进行调节以使计算出的冷却剂流量被引导至所述冷凝器(18)。
9.根据前述权利要求1至7中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述控制单元(24)在所述恒温器(6)处于完全打开位置时的操作条件期间被构造成：估算所述冷凝器(18)中的介质的期望冷却温度(T)，计算要被引导至所述冷凝器(18)的处于所述温度(t1)的所需冷却剂流率所述介质在所述冷凝器处接收所述期望冷却温度(T)，并且对所述阀(23)进行调节以使计算出的冷却剂流率被引导至所述冷凝器(18)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统包括传感器(21)，所述传感器感测与所述冷凝器(18)中的所述工作介质的实际冷凝温度/压力有关的参数。
11.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述WHR系统中的所述工作介质是乙醇。
12.根据前述权利要求中任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述工作介质借助来自所述燃式发动机(2)的排气而在所述WHR系统的蒸发器(14)中被加热。
CN201680077973.2A 2016-01-15 2016-12-13 用于燃式发动机和whr系统的冷却系统 Expired - Fee Related CN108474286B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1650043-1 2016-01-15
SE1650043A SE539403C2 (en) 2016-01-15 2016-01-15 A cooling system for a combustion engine and a WHR system
PCT/SE2016/051255 WO2017123132A1 (en) 2016-01-15 2016-12-13 A cooling system for a combustion engine and a whr system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108474286A true CN108474286A (zh) 2018-08-31
CN108474286B CN108474286B (zh) 2020-08-21

Family

ID=59311381

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680077973.2A Expired - Fee Related CN108474286B (zh) 2016-01-15 2016-12-13 用于燃式发动机和whr系统的冷却系统

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP3402968B1 (zh)
KR (1) KR102116537B1 (zh)
CN (1) CN108474286B (zh)
BR (1) BR112018010578A2 (zh)
SE (1) SE539403C2 (zh)
WO (1) WO2017123132A1 (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10570784B2 (en) 2017-09-22 2020-02-25 Tenneco Gmbh Rankine power system for use with exhaust gas aftertreatment system
US11480074B1 (en) 2021-04-02 2022-10-25 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods utilizing gas temperature as a power source
US11592009B2 (en) * 2021-04-02 2023-02-28 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig
US11421663B1 (en) 2021-04-02 2022-08-23 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power in an organic Rankine cycle operation
US11293414B1 (en) 2021-04-02 2022-04-05 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power in an organic rankine cycle operation
US11493029B2 (en) 2021-04-02 2022-11-08 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig
US11486370B2 (en) 2021-04-02 2022-11-01 Ice Thermal Harvesting, Llc Modular mobile heat generation unit for generation of geothermal power in organic Rankine cycle operations
US11644015B2 (en) 2021-04-02 2023-05-09 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig
US11236735B1 (en) 2021-04-02 2022-02-01 Ice Thermal Harvesting, Llc Methods for generating geothermal power in an organic Rankine cycle operation during hydrocarbon production based on wellhead fluid temperature
US11359576B1 (en) 2021-04-02 2022-06-14 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods utilizing gas temperature as a power source

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101086399A (zh) * 2006-05-30 2007-12-12 株式会社电装 包括制冷循环和兰金循环的制冷系统
CN103114942A (zh) * 2011-09-26 2013-05-22 株式会社丰田自动织机 废热回收系统
CN103380285A (zh) * 2011-02-25 2013-10-30 斯堪尼亚商用车有限公司 用于在车辆中将热能转换为机械能的系统
CN104011338A (zh) * 2011-09-30 2014-08-27 三电有限公司 兰金循环
CN104514601A (zh) * 2013-10-02 2015-04-15 福特环球技术公司 用于混合动力车辆的废热回收的方法和系统
DE102014204257A1 (de) * 2014-03-07 2015-09-10 Mahle International Gmbh Kühlvorrichtung
SE1450674A1 (sv) * 2014-06-03 2015-12-04 Scania Cv Ab Termostatanordning

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8627663B2 (en) * 2009-09-02 2014-01-14 Cummins Intellectual Properties, Inc. Energy recovery system and method using an organic rankine cycle with condenser pressure regulation
DE102011005072A1 (de) * 2011-03-03 2012-09-06 Behr Gmbh & Co. Kg Verbrennungsmotor
DE102011085961A1 (de) 2011-11-08 2013-05-08 Behr Gmbh & Co. Kg Kühlkreislauf
DE102012209811A1 (de) * 2012-06-12 2013-12-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Antriebssystem für ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine
DE102013001569A1 (de) * 2013-01-30 2014-07-31 Daimler Ag Verfahren zum Betreiben einer Abwärmenutzungsvorrichtung
JP2015086779A (ja) * 2013-10-30 2015-05-07 いすゞ自動車株式会社 エンジン冷却システム
EP3161275B1 (en) * 2014-06-26 2018-12-19 Volvo Truck Corporation A waste heat recovery device
DE102014019684A1 (de) * 2014-12-23 2015-06-25 Daimler Ag Anordnung zur Umwandlung thermischer Energie aus Verlustwärme einer Verbrennungskraftmaschine

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101086399A (zh) * 2006-05-30 2007-12-12 株式会社电装 包括制冷循环和兰金循环的制冷系统
CN103380285A (zh) * 2011-02-25 2013-10-30 斯堪尼亚商用车有限公司 用于在车辆中将热能转换为机械能的系统
CN103114942A (zh) * 2011-09-26 2013-05-22 株式会社丰田自动织机 废热回收系统
CN104011338A (zh) * 2011-09-30 2014-08-27 三电有限公司 兰金循环
CN104514601A (zh) * 2013-10-02 2015-04-15 福特环球技术公司 用于混合动力车辆的废热回收的方法和系统
DE102014204257A1 (de) * 2014-03-07 2015-09-10 Mahle International Gmbh Kühlvorrichtung
SE1450674A1 (sv) * 2014-06-03 2015-12-04 Scania Cv Ab Termostatanordning

Also Published As

Publication number Publication date
EP3402968A1 (en) 2018-11-21
EP3402968A4 (en) 2019-08-21
KR102116537B1 (ko) 2020-05-28
BR112018010578A2 (pt) 2018-11-27
SE539403C2 (en) 2017-09-12
KR20180100388A (ko) 2018-09-10
WO2017123132A1 (en) 2017-07-20
EP3402968B1 (en) 2022-10-12
SE1650043A1 (en) 2017-07-16
CN108474286B (zh) 2020-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108474286A (zh) 用于燃式发动机和whr系统的冷却系统
CN107109965A (zh) 用于废热回收系统的冷却装置
US9879569B2 (en) Method for operating a waste heat utilization device
CN108474285B (zh) 用于控制将冷却剂输送至车辆中的热交换器的冷却系统的方法
CN107002514B (zh) 用于废热回收系统的冷却装置
US20110056202A1 (en) Method for recovering heat losses of an internal combustion engine
JP2011519398A (ja) 排ガス流からエネルギーを獲得する方法及び自動車
CN107867145A (zh) 用于冷却剂系统的方法和系统
CN107869381A (zh) 用于冷却剂系统的方法和系统
CN107869574A (zh) 用于冷却剂系统的方法和系统
CN109863285A (zh) 用于冷却燃式发动机和whr系统的冷却系统
WO2013065371A1 (ja) 廃熱回生システム
EP3635227B1 (en) A cooling system for a combustion engine and a whr system
JP2010229843A (ja) 内燃機関の廃熱利用装置
US10830121B2 (en) Cooling system for a combustion engine and a WHR system
JP2017120067A (ja) 車両用冷却システムの制御装置
CN110177925A (zh) 用于冷却内燃机的冷却系统
CN109281722A (zh) 热电联供系统及热电联供系统的运转方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20200821

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee