排气热回收系统的制作方法
【专利说明】排气热回收系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]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
[0003]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】
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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(exhaust turbine)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。
[0008]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。
[0009]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】
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]从储液器供应至热交换器的工作流体可以通过栗被加压。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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)。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]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。
[0024]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。
[0025]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。
[0026]当主通道和过热器彼此连通时，通过栗供应的工作流体的量可以增加，所述栗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。
[0027]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，通过栗供应的工作流体的量保持不变，所述栗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。
[0028]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。
[0029]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】
[0030]图1为根据本发明的示例性排气热回收系统的示意图。
[0031]图2为图1的排气热回收系统的主要部件的立体图。
[0032]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。
[0033]图4为图3的运行排气热回收系统的方法的控制方框图。
[0034]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。
[0035]图6为图5的热交换器的主要部件的立体图。
[0036]图7为图5的热交换器的热交换形式的示意图。
[0037]图8为图1的排气热回收系统中的涡轮机安装的示意图。
[0038]图9为图7的涡轮机的主要部件的立体图。
[0039]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。
[0040]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。
[0041]图12为图11的过热器和EGR冷却器的横截面图。
[0042]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。
[0043]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。
[0044]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。
[0045]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(Thermoelectric Generator, TEG)冷凝器和储液器(reservoir)彼此共享冷却剂。
[0046]图17为图16的储液器的立体图。
[0047]图18为图16的储液器的另一个立体图。
[0048]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。
[0049]图20为图1显示的排气热回收系