专利名称：用于内燃机的废热回收系统的制作方法
技术领域：
本公开涉及一种废热回收(WHR)系统，并且涉及用于调整在朗肯(Rankine)循环 WHR系统的冷凝器、辅助冷却器和接收装置中的流体存量。
背景技术：
将包括有机朗肯循环的朗肯循环应用到内燃机可以通过捕获通常可能会损失在内燃机中的一部分热量来提供燃料经济性的改善。然而，在整个发动机的瞬变的 (transient)工作循环期间以及在改变环境期间，系统的控制和操作是具有挑战性的。在发动机的工作循环期间并且在改变环境期间，增加WHR系统操作的灵活性可以帮助WHR系统的操作。
发明内容
本公开提供了一种用于内燃机的废热回收系统，其包括工作流体回路和流体管理系统。工作流体回路包含工作流体并且包括沿着所述工作流体回路定位的冷凝器/辅助冷却器。冷凝器/辅助冷却器包含具有第一流体高度的液态工作流体。工作流体回路还包括热交换器，该换热器沿着工作流体回路定位在冷凝器/辅助冷却器的下游。工作流体回路还包括沿着工作流体回路定位在换热器与冷凝器/辅助冷却器之间的能量转换装置。流体关系系统包括包含有液态工作流体的接收装置以及流体地连接接收装置与冷凝器/辅助冷却器的传送回路。接收装置中的液态工作流体具有第二流体高度，并且最小的第二流体高度高于最大的第一流体高度。泵沿着传送回路定位在冷凝器/辅助冷却器与接收装置之间。废热回收系统包括适于测量工作流体回路的状态的至少一个传感器。废热回收系统包括控制模块，该控制模块适于接收来自至少一个传感器的状态信号并且根据状态信号产生泵控制信号，以控制泵的操作以便在接收装置与冷凝器/辅助冷却器之间传送液态工作流体，以改变第一流体高度。本公开提供了一种用于内燃机的废热回收系统，其包括工作流体回路和流体管理系统。工作流体回路包含工作流体。工作流体回路包括冷凝器/辅助冷却器，该冷凝器/辅助冷却器沿着工作流体回路定位并且包含具有第一流体高度的液态工作流体。工作流体回路还包括热交换器，该换热器沿着工作流体回路定位在冷凝器/辅助冷却器的下游。工作流体回路还包括沿着工作流体回路定位在换热器与冷凝器/辅助冷却器之间的能量转换装置。流体管理系统包括包含有液态工作流体的接收装置以及流体地连接接收装置与冷凝器/辅助冷却器的传送回路。接收装置中的液态工作流体具有第二流体高度，并且最小的第二流体高度高于最大的第一流体高度。泵沿着传送回路定位在冷凝器/辅助冷却器与接收装置之间。阀平行于所述泵沿着传送回路定位在冷凝器/辅助冷却器与接收装置之间。 废热回收系统包括适于测量工作流体回路的状态的至少一个传感器。废热回收系统还包括控制模块，该控制模块适于接收来自至少一个传感器的状态信号以根据状态信号产生泵控制信号和阀控制信号，以控制泵和阀的操作以便在接收装置与冷凝器/辅助冷却器之间传送液态工作流体，以改变第一流体高度。本公开还提供了一种用于内燃机的废热回收系统。该废热回收系统包括工作流体回路和流体管理系统。工作流体回路包含有工作流体。冷凝器/辅助冷却器沿着工作流体回路定位。冷凝器/辅助冷却器包含具有第一流体高度的液态工作流体。泵沿着工作流体回路定位在冷凝器/辅助冷却器的下游。热交换器沿着工作流体回路定位在泵的下游。能量转换装置沿着工作流体回路定位在换热器与冷凝器/辅助冷却器之间。流体管理系统包括定位在泵与热交换器之间的旁通阀。流体管理系统包括接收装置，接收装置包含有液态工作流体并沿流体管理系统定位在旁通阀的下游，其中接收装置中的液态工作流体具有第二流体高度，并且其中最小的第二流体高度高于最大的第一流体高度。接收装置填装阀沿着流体管理系统定位在旁通阀与接收装置之间。流体支路沿着流体管理系统从旁通阀与接收装置填装阀之间的位置延伸到冷凝器/辅助冷却器。具有破裂压力并且仅允许朝向冷凝器/辅助冷却器流动的止回阀沿着流体支路定位。喷射器沿着流体支路定位在止回阀与冷凝器/辅助冷却器之间。连接通道沿着流体管理系统从接收装置填装阀与接收装置之间的位置延伸到喷射器。接收装置排放阀沿着连接通道定位。至少一个传感器适于测量工作流体回路的状态。废热回收系统还包括控制模块，该控制模块适于接收来自至少一个传感器的信号以根据状态信号产生至少一个阀控制信号，以便控制旁通阀、接收装置填装阀、以及接收装置排放阀中的一个或多个的操作，从而在接收装置与冷凝器/辅助冷却器之间传送液态工作流体，以改变第一流体高度。从以下示例性实施方式的详细描述，当结合附图观看时，本公开的实施方式的优点和特征将变得更加明显。
图I是传统朗肯循环WHR系统；图2是根据本公开第一不例性实施方式的WHR系统；图3是根据本公开第二示例性实施方式的WHR系统；图4是根据本公开第三示例性实施方式的WHR系统。
具体实施例方式图I示出了传统的WHR系统10。系统10包括辅助冷却器(sub-cooler，过冷器)12、 定位在辅助冷却器12下游的接收装置14、定位在接收装置14下游的供给泵16、定位在供给泵16下游的热交换器18、定位在换热器18下游的能量转换装置20、以及定位在能量转换装置20下游并且在辅助冷却器12上游的冷凝器22。液态工作流体位于辅助冷却器12和接收装置14内。在操作过程中，供给泵16 将液态工作流体从接收装置14泵吸出并且将液态工作流体向下游移至换热器18。换热器18(该换热器可以是单个换热器或者是多个换热器)接收来自多个内燃机源(未示出)的废热流。如果换热器18包括多个换热器，这些换热器可以是串联的、并联的或者串联与并联的组合。换热器18可以包括废气再循环(EGR)换热器、排气换热器、回流式换热器、预充式(pre-charge)空气冷却器、以及其它内燃机换热器。WHR系统10将来自多个内燃机源的热量传送到液态工作流体，这促使液态工作流体沸腾并且蒸发。蒸发的工作流体从换热器18向下游行进到能量转换装置20，能量转换装置可以是膨胀涡轮机或者其它装置。蒸发的工作流体在穿过能量转换装置20的过程中冷却并且损失压力。蒸发的工作流体向下游行进到冷凝器22。冷凝器可以包含多个通道，蒸发的工作流体和冷凝的液态工作流体穿过所述多个通道。冷却介质(诸如空气或流体)围绕这些通道流动以促使蒸发的工作流体冷凝成液态工作流体。液态工作流体在重力的作用力下向下游流动到辅助冷却器12中。液态工作流体在流到接收装置14从而形成闭合环之前可以在辅助冷却器12中接收附加的冷却。朗肯循环工作流体可以是非有机或者有机工作流体。工作流体的一些实例是来自 Honeywell 的Genetron R_245fa、来自 Dow Chemical Co.的 Dowtherm J 、，来自美国 American Nickeloid的Fluorinol 、甲苯、十二烧、异十二烧、甲基i 烧、季戍烧、辛烧、 水/甲醇混合物、和蒸汽。图2示出了本公开的第一示例性实施方式的WHR系统110。具有与图I的元件附图标号相同的元件起到如图I所述的作用。在本实施方式中描述这些元件仅为了清楚的目的。WHR系统110包括控制系统30以及流体地连接到工作流体回路25的流体管理系统24。工作流体回路25包括冷凝器22和辅助冷却器12。冷凝器和辅助冷却器12可以是两个单独的流体地连接的部件，它们可以是整体单元或者它们可以安装到公共的底板 48。供给泵16位于辅助冷却器12的下游并沿着工作流体回路25定位。温度和压力传感器55可以沿着工作流体回路25定位在辅助冷却器12与泵16之间。换热部分26和能量转换部分28位于供给泵16的下游并沿着工作流体回路25定位。冷凝器22在能量转换部分28的下游。因此，工作流体回路25形成闭合环路。换热部分26包括换热器18，该换热器在热源70的下游并且在出口位置72的上游。温度传感器56可以测量沿着从换热器18到出口位置72的路径的温度。能量转换部分包括能量转换装置20。朗肯循环工作流体回路25的能量转换装置 20能够产生附加的功(work)或者将能量传递到另一个装置或系统。例如，能量转换装置 20可以是涡轮机，该涡轮机由于膨胀工作流体蒸汽而旋转以提供附加的功，附加的功能够供给到发动机传动系统中以便机械地或电气地(例如通过转动发电机)补充发动机功率， 或者其能被用于为电动装置、寄生装置或蓄电池(未示出)提供功率。可替换地，能量转换装置可以被用于将能量从一个系统传送到另一系统(例如，将热能从WHR系统110传送到用于加热系统的流体)。温度传感器57可以沿着工作流体回路25定位在换热部分26与能量转换部分28之间。流体管理系统24包括定位在泵16与换热部分26之间的旁通阀58。旁通阀58 可以是任何合适类型的阀，该阀能够控制流体流动到工作流体回路25和流体管理系统24 中，并且更具体地，流动到流体管理系统24的旁通道60中。例如，旁通阀58可以是三通阀，该三通阀能够移动到第一位置、第二位置和中间位置，其中第一位置允许液态工作流体向下游流向换热部分26同时阻止流体流入到旁通道60中，第二位置允许流体流入旁通道 60中同时阻止流体流入工作流体回路25中，并且中间位置允许流体的一些部分流入工作流体回路25和流体管理系统24的旁通道60中的每一个中。中间位置可以是可变化的，以控制流入到工作流体回路25和流体管理系统24的旁通道60中的每一个中的流体量，以便从而基于系统的操作条件来控制在工作流体回路25与流体管理系统24之间的下游流动的比例。阀58还可以是多个二通阀，其中一个阀沿着工作流体回路25定位在旁通道60的下游，并且一个阀沿着旁通道60定位在工作液体回路25的下游。旁回路或旁通道60从旁通阀58沿着流体管理系统24向下游延伸到流体管理系统24的两个支路或者通道。第一支路34延伸到接收装置32。接收装置填装阀36沿着流体管理系统24的支路34定位。流体管理系统24的第二支路42延伸到冷凝器22和辅助冷却器12。止回阀64和喷射器44沿着该支路定位。流体管理系统24的连接通道38在接收装置32与接收装置填装阀36之间的一位置处从第一支路34延伸到喷射器44。接收装置排放阀40沿着连接通道38定位。出口通道78将工作流体回路25连接到流体管理系统24。更具体地说，出口通道78从冷凝器22的上部延伸到接收装置32的上部以允许蒸汽在冷凝器22与接收装置32之间的双方向流动，如在下文中将要更详细说明的。接收装置出口阀80可以沿着出口通道78定位，该接收装置出口阀可如比例阀一样操作以便能够移动到部分打开/闭合位置或者可以在位置之间快速调整或者循环，也称作二元操作或者调難
iF. O接收装置32包含具有一流体高度的液态工作流体。辅助冷却器12和冷凝器22也包含具有一流体高度的液体工作流体。接收装置32具有一位置，在该位置处，接收装置32 中的液态工作流体的最小高度或表面高于冷凝器22和辅助冷却器12中的液态工作流体的最大高度或表面。接收装置32可以在高于冷凝器22和辅助冷却器12的物理位置中。控制系统30可以从定位在WHR系统110周围的指示WHR系统110的状况的多个传感器接收信号。例如，温度和压力传感器55、温度传感器56、温度传感器57、和与冷凝器 22和辅助冷却器12 —起定位的流体高度传感器50可以发送信号到控制系统30。控制系统30可以操作WHR系统110的某些元件。例如，控制系统30可以操作接收装置填装阀36、 接收装置出口阀40、旁通阀58、以及接收装置出口阀80。这种操作可以响应于从前述多种传感器或者定位于工作流体回路25和流体管理系统24中的其它传感器接收到的信号。控制系统30可以包括控制模块82和接线线束(wiring harness)84 控制模块 82连接到WHR系统110的某些部件并且可以控制这些部件，该控制模块可以是单个处理器、 分布式处理器、处理器的电平衡装置、或者上述元件的任意组合、以及软件、电子存储器、固定查询表等。可以通过接线线束84连接到WHR系统110的部件，但是这种连接可以通过其他方式，包括无线系统。控制模块82可以是监控相关发动机(未示出)和其它部件的性能以及车辆状况的电子控制单元(ECU)或者电子控制模块(ECM)。控制模块82可以连接到供给泵16、接收装置填装阀36、接收装置排放阀40、旁通阀58、以及出口阀80，并且向它们发送信号。控制模块82还可以连接到流体高度传感器50、温度和压力传感器55、温度传感器 56、以及温度传感器57，并且从它们接收信号。控制模块82可以与其它传感器和元件连接以确定WHR系统110的多种部件是否成功地操作，以便操作并控制WHR系统110。申请人:认识到控制或者调整WHR系统的冷凝器、辅助冷却器、以及接收装置中的流体存量对于在发动机操作过程中控制低侧压力和供给泵空化(cavitation，气穴现象) 同时保持成本效益的重要性。此外，在冷凝器中的流体高度的增加将会取代并且减小用于蒸汽冷凝的面积并且将会使系统压力升高，这反过来将会增加流体辅助冷却，这是已知的导致朗肯循环WHR系统供给泵中空化的条件。尽管发动机驱动供给泵，但是在发动机热停机期间朗肯循环WHR系统还是易于超压。WHR系统110和在下文中描述的其它示例性实施方式以保持这些需考虑的事项有效平衡的方式操作，如将会在下面的描述中所看到的。WHR系统110可以如下操作。供给泵16从辅助冷却器12泵吸液态工作流体。可从控制模块82接收操作信号的供给泵16将液态工作流体向下游泵送到旁通阀58。液态工作流体从旁通阀58向下游流向换热部分26并且进入到流体管理系统24的旁通道60。液态工作流体进入换热部分26的换热器18。热流体(诸如冷却剂、来自涡轮增压器的压缩空气、废气、EGR气、润滑剂、和其它废热源)从热源70流经换热器18流向出口位置72。热从热流体传递到液体工作流体，使得液态工作流体形成高压蒸汽并且冷却热流体。 热流体在出口位置72离开换热器18，出口位置可以是排放系统或者管、EGR系统、或者其它位置。蒸发的工作流体从换热器18向下游流动到能量转换部分28的能量转换装置20。由于蒸发的工作流体流经能量转化装置20，蒸发工作流体的压力和温度都减小。蒸发的工作流体从能量转换装置20向下游流动到冷凝器22。冷凝器22以及辅助冷却器12可以通过冲压空气(ram air)、冷却液体或者其它冷却源52而冷却。冷凝器22的冷却使得蒸发的工作流体凝结，使蒸发的工作流体返回到液态。液态工作流体然后通过重力向下游流动到辅助冷却器12。工作流体可以在辅助冷却器12中接受附加的冷却。旁通阀58能够通过从控制模块82接收的信号调节，该旁通阀可如比例阀一样操作以能够移动到部分打开/闭合位置或者可以在位置之间快速地调整或者循环，也称作二元操作或者调整。如上所述，旁通阀可以将液态工作流体引导到流体管理系统24中，这增加或减小了通过工作流体回路25的换热部分26的流动，这增加或减小了冷却液态工作流体通过换热部分26并且由此通过能量转换部分28的流动。通过工作流体回路25的减小的流动能够减小来自热源70的热流体的冷却。减小来自热源70的热流体的冷却对相关的发动机(未示出)会产生益处。例如，热流体温度的增加可以帮助允许相关发动机(未示出)更快地达到温度、更快地实现有效操作。对于其它原因(诸如过滤片再生)，热流体温度的增加也可以是期望的。进入流体管理系统24的旁通道60的流体向下游流动。从旁通道60，液态工作流体可以通过第一支路34流动到接收装置填装阀36或者通过第二支路42流动到止回阀64。 控制模块82可以控制接收装置填装阀36的打开和关闭，接收装置填装阀可如比例阀一样操作以能够移动到部分打开/闭合位置或者可以在位置之间快速地调整或者循环，也称作二元操作或者调整。当接收装置填装阀36打开时，液态工作流体从接收装置填装阀36向下游流到接收装置32。当接收装置填装阀36关闭时，液态工作流体流入到第二支路42到达止回阀64，止回阀可以具有约5PSI的打开或者破裂压力。止回阀64的打开或破裂压力防止了来自开口止回阀64的低旁通流。因此，当接收装置填装阀36打开时，低旁通流能够通过接收装置填装阀36上升以流向接收装置32。当接收装置填装阀36闭合时，如果在旁通道60中液态工作流体的压力超过止回阀64的打开或破裂压力，那么液态工作流体流经旁通道60的液态工作流体便可以流经止回阀64。液态工作流体然后向下游流经喷射器44到达冷凝器22和辅助冷却器12。如果控制模块82命令接收装置排放阀40打开，那么接收装置填装阀36关闭，并且接收装置出口阀80打开，然后通过止回阀64和喷射器44的旁通流体流使得连接通道38 中的压力减小。排放阀40可以像比例阀一样操作以能够移动到部分打开/闭合位置或者可以在位置之间快速地调整或者循环，也称作二元操作或者调整。连接通道38中减小的压力使得液态工作流体从接收装置32流经排放阀40，并且然后进入到喷射器44。液态工作流体在流经喷射器44处与流经第二支路42的液态工作流体的流相结合，向下游流动到冷凝器22和辅助冷却器12，这使冷凝器22和辅助冷却器12中流体的高度增加或者升高。冷凝器22和辅助冷却器12内部的液态工作流体的高度影响向下游流动到供给泵 16的液态工作流体的辅助冷却。相对于冷凝器22和辅助冷却器12中的液态工作流体的高度，液态工作流体的高度的增加使得辅助冷却增加。液态工作流体高度的减小使辅助冷却减小。当液态工作流体高度的增加时，因为冷凝与辅助冷却之间的相对体积变化，冷凝器 22中的压力增加。当液态工作流体朝向泵16流动时，液态工作流体增加的压力提供多种益处，其包括通过增加工作流体辅助冷却(对于测得的压力在饱和温度以下的温度度数)来增加泵16的空化裕度，这帮助泵16保持最好状态(prime)、或者泵送流体的能力。工作流体回路25中压力的增加使来自能量转换装置20的功率减少，因为通过能量转换装置20的压降减小，因此在冷凝器22和辅助冷却器12中的液态工作流体的最佳高度是当该高度尽可能低而不致使供给泵16空化时的高度。物理上靠近接收装置32的顶部的出口通道78和出口阀80允许在正常操作过程中流体管理系统24的接收装置32内的压力与工作流体回路25的冷凝器22内的压力相似。 当液态工作流体传送到接收装置32中或者从接收装置32传送出来时，出口通道78和出口阀80还允许蒸汽进入或离开接收装置32。可以形成在接收装置32内的蒸汽能够行进通过出口管道78和出口阀80到达冷凝器22。冷凝器22和辅助冷却器12中的液态工作流体的高度可以通过流体高度传感器50 或者通过使用传感器55监控离开辅助冷却器12的液态工作流体的温度和压力而设定。例如，当从传感器55发送到控制模块82的温度和压力信号指示辅助冷却温度(T辅助冷却) 低于目标范围并且在供给泵16中可能发生空化时，控制模块82可以发送信号以闭合接收装置填装阀36并且打开接收装置排放阀40，以增加或者升高冷凝器22和辅助冷却器12中的液态工作流体的高度，其中辅助冷却温度(T辅助冷却)等于饱和温度(T饱和)减去测量温度(T测量)。如上所述，来自旁通道60的液态工作流体可以帮助增加冷凝器22和辅助冷却器12中的液态工作流体的高度。饱和温度(T饱和)是在控制模块82中对于给定压力建立的值。测量温度(T测量)是从传感器55获得的。当辅助冷却(T辅助冷却)太高或者高于目标高度时，控制模块82可以命令接收装置填装阀36打开以及命令接收装置排放阀40关闭，这允许液态工作流体从旁通道60经过止回阀64流入到接收装置32中。如上所述，即使当旁通道60中的压力相对较低时，正常闭合的止回阀64的破裂压力也使得允许液态工作流体流经接收装置填装阀36。否则，当接收装置填装阀36打开时，止回阀64可能允许液态工作流体从接收装置32排放到辅助冷却器12中。当辅助冷却(T辅助冷却)太低时，控制模块82命令接收装置排放阀40打开并且命令接收装置填装阀36闭合，以允许液体工作流体经过排放阀40、经过喷射器44流入到辅助冷却器和冷凝器22中。喷射器44在这种情形中用作文丘里管。流经第二支路42和流经喷射器44的液态工作流体在连接通道38上产生真空压力。这种真空压力将液态工作流体从接收装置32和连接通道38吸入喷射器44中，从而利用来自旁通道60的液态工作流体的潜在能量。流经喷射器44到达冷凝器22和辅助冷却器12的结合的流体流的压力也增加。如果辅助冷却(T辅助冷却)大约在目标值处，那么任何从旁通阀58行进到流体管理系统24中的流体均通过止回阀64被直接传递到冷凝器22/辅助冷却器12，同时接收装置填装阀36和接收装置排放阀40通过由控制模块82接收到的信号闭合。如上所述，在WHR系统110的操作过程中，接收装置出口阀80通常打开。当相关发动机停机时，控制模块82命令接收装置出口阀80闭合，接收装置填装阀36闭合，并且接收装置排放阀40打开。如果WHR系统110是热的，那么在换热器18中的液态工作流体继续蒸发。接着该蒸汽在冷凝器22中冷凝，使得由于在发动机停机时供给泵16不再操作而致使冷凝器22充满液态工作流体。由于用于使工作流体冷凝的可用体积较小，因此冷凝器 22中的压力增加，这可能导致超压状态。在接收装置出口阀80闭合的情况下，冷凝器22中增加的压力迫使液态工作流体通过喷射器44进入到连接通道38中、通过开口接收装置排放阀40、进入到第一支路34中、并且进入到接收装置32中。通过迫使液态工作流体进入到接收装置32中，冷凝器22不再充满，并且冷凝器的压力保持在换热器18的设计压力以下， 从而防止了冷凝器22以及工作流体回路25的其它元件中的超压状态。应注意的是，由于止回阀64仅允许单向操作，因此液态工作流体不能从冷凝器22和辅助冷却器12流经止回阀64。当下游侧上的压力高于上游侧时，任何试图流经止回阀64的流体都迫使止回阀64 闭合。接收装置出口阀80可如比例阀一样操作以便由控制模块82控制能够移动到部分打开/闭合位置或者可以在位置之间快速地调整或者循环，也称作二元操作或者调整，以便在朗肯循环的操作过程中调整冷凝器22的压力。如上所述，温度和压力传感器55可以发送信号到控制模块82。如果控制模块82感测到在WHR系统110中导致增加的压力的瞬变条件，那么控制模块82可以命令接收装置出口阀80打开或者闭合。在出口阀80闭合的情况下，增加的压力迫使液体工作流体进入到接收装置32中、通过上述的包括接收装置排放阀40的流体路径，以使整个WHR系统110的压力均等。当接收装置出口阀80打开时，能够增加整个系统的压力。控制模块82还可以调节蒸发工作流体的过热温度，其中T过热=T测量-T饱和。 饱和温度(T饱和)是由控制模块82从温度和压力传感器57接收的压力信号获取。测量温度(T测量)也是从传感器57接收的的信号。过热温度(T过热)具有目标范围。如果过热温度(T过热)低于目标范围，那么控制模块82可以通过控制旁通阀58来减小液态工作流体通过工作流体回路25的流动，工作流体流动速率减小同时以恒定的可用废热输入以使过热增加。控制模块82还可以减小辅助冷却。控制模块82还可以控制朝向换热部分 26的废热流，以增加向液态工作流体的热传递。如果过热温度(T过热)在目标范围以上，控制模块82可以增加通过工作流体回路25的工作流体流，并且可以增加辅助冷却以减小过热温度(T过热)。控制模块82还可以减小通过热换热部分26的废热流，以减小过热直到其达到目标范围。图3示出了第二示例性实施方式的WHR系统210。与图I和图2具有相同部件标号的元件起到如图I和图2中所述的作用。在本实施方式中描述这些元件仅为了清楚的目的。WHR系统210包括连接到工作流体回路125的流体管理系统124。控制系统130可以操作WHR系统210的某些元件。工作流体回路125包括冷凝器22、辅助冷却器12、泵16、换热部分126、以及能量转换部分128。辅助冷却器12位于冷凝器22的下游。泵16沿着工作流体回路125定位在辅助冷却器12的下游。换热部分126沿着工作流体回路125定位在泵16的下游。能量转换部分128沿着工作流体回路125定位在换热部分126的下游且定位在冷凝器22的上游。冲压空气或者流体52为冷凝器22和辅助冷却器提供冷却。辅助冷却器和冷凝器22两者均可以安装在底板48上。流体控制系统124包括传送回路88和接收装置32。传送回路88沿着流体管理系统124定位，并且将接收装置连接到冷凝器22和辅助冷却器12。沿着传送回路88定位有双向泵86，该双向泵可以是电子泵。泵86流体地连接在接收装置32与冷凝器22/辅助冷却器12之间。出口通道94将工作流体回路125连接到流体管理系统126。更具体地说，出口通道94连接到接收装置32的顶部并且连接到冷凝器22的顶部。因为液态工作流体可以在相态改变点附近操作，所以供给泵16易于空化。在较大热输入瞬变或者在冷凝器周围空气温度突然改变期间，接收装置中的流体可沸腾，降低了泵送液态工作流体的能力，这使换热部分126中的冷却减小。传送回路88的操作(并且更具体地双向传送泵86的操作)帮助在使空化和冷却能力平衡的最佳操作点附近操作WHR 系统210。升高或者增加冷凝器22和辅助冷却器12中的液态工作流体的高度使辅助冷却的面积和体积增加，这增加了辅助冷却并且减小了用于冷凝的体积。液态工作流体的体积的增加使冷凝器22中的压力增加，这增加了泵22中空化的可能性并且提高了泵送液态工作流体的能力。然而，由于冷凝器压力的增加，液态工作流体高度的升高也使得涡轮机动力减小。在较大的发动机瞬变或者冲压空气或冷却流体52的温度改变期间，冷凝器22的压力可能迅速下降，使得辅助冷却器12中的液态工作流体接近饱和，这意味着液态工作流体在液态工作流体接近蒸发的相态改变点附近。因为液态工作流体接近饱和，因此供给泵 12的动作可使得液态工作流体局部地蒸气化，使得在供给泵16中产生空化。这种空化是不期望的，因为空化可能造成给供给泵16损坏，以及在不期望的位置处对WHR系统210加压。控制系统130可以包括控制模块182和接线线束184。控制模块182连接到WHR系统210的某些部件并且可以控制这些部件，该控制模块可以是单个处理器、分布式处理器、 处理器的电平衡装置、或者上述元件的任意组合、以及软件、电子存储器、固定查询表等。可以通过接线线束184连接到WHR系统210的部件，但是这种连接可以通过其他方式，包括无线系统。控制模块182可以是监控相关发动机(未示出)和其它部件的性能以及车辆状况的电子控制单元(ECU)或者电子控制模块(ECM)。控制模块182接收来自传感器55的温度和压力信号、来自传感器56的温度信号、来自传感器57的温度和压力信号、以及来自流体高度传感器50的指示液态工作流体状态的流体高度信号。例如，由传感器55测量的温度和压力可以指示辅助冷却温度(T辅助冷却)在目标范围以下，其中该辅助冷却温度(T辅助冷却)等于饱和温度(T饱和)减去测量温度(T测量)。温度传感器56可以指示需要改变来自热源70的流体的冷却。温度传感器57可以指示需要增加或减小蒸发工作流体的过热温度。为防止不期望的空化，控制单元182可以控制传送回路88的传送泵86，以将液态工作流体从接收装置32传送到冷凝器22和冷却器12中。蒸发的工作流体能够从冷凝器 22经过出口通道94朝向接收装置32流动，以允许液态工作流体从接收装置32流动。冷凝器22中的压力随着液态工作流体高度的增加而增加，并且辅助冷却增加至要求的最小高度，这使冷凝器22和辅助冷却器12中的液态工作流体远离饱和点移动。冷凝器22和辅助冷却器12中的状况也可以导致冷凝器22中压力的增加。例如， 如果液态工作流体高度增加超过最佳高度，因为通过能量转化装置20的压力差减小，因此来自能量转换部分128或来自能量转换装置20的能量可能下降到有用的或期望的高度以下。如上所述，来自传感器55以及来自流体高度传感器50的压力和温度信号可以指示液态工作流体的高度高于期望，使得辅助冷却高于目标高度。在这种条件下，控制单元182可以控制传送回路88的传送泵86，以将液态工作流体从冷凝器和辅助冷却器12移动到接收装置32。当液态工作流体流入到接收装置32时，蒸发的工作流体从接收装置32流经出口管道92进入到冷凝器22中，防止了接收装置32中的液态工作流体不期望的加压。结果是， 冷凝器22和辅助冷却器12中的液态工作流体的高度下降，从而使冷凝器22中的蒸发的工作流体的压力减小，由于通过能量转换装置20的压力差增加，这增加了来自能量转化装置 20的功率。图4示出了第三示例性实施方式的WHR系统310。具有与图I、图2和图3中的部件的附图标记相同的部件以与这些部件相似的方式操作，并且上述部件的说明仅为了清楚的目的。WHR系统310包括连接到工作流体回路125的流体管理系统224。控制系统230 可以操作WHR系统210的某些元件。WHR系统310包括连接到工作流体回路125的流体管理系统224。工作流体回路 125包括冷凝器22、辅助冷却器12、泵16、换热部分126、以及能量转换部分128。泵16沿着工作流体回路125定位在辅助冷却器12的下游。换热部分126沿着工作流体回路125 定位在泵16的下游。能量转换部分128位于换热部分126的下游并且沿着工作流体回路 125定位。能量转换部分128连接到冷凝器22的上游侧。控制系统230可以操作WHR系统310的某些元件。冲压空气或者流体52为冷凝器22和辅助冷却器12提供冷却。辅助冷却器12和冷凝器22两者均可以安装在底板48上。流体管理系统224包括接收装置32和传送回路188。传送回路188沿着流体管理系统224定位，并且将接收装置连接到冷凝器22/辅助冷却器12。传送回路188包括传送泵96和排放阀106。传送泵96沿着传送回路188定位在接收装置32与冷凝器22/辅助冷却器12之间。排放阀106在平行于传送泵96的位置处也沿着传送回路188定位在接收装置32与冷凝器22/辅助冷却器12之间。传送泵96可以是电子泵。出口通道94将工作流体回路125连接到流体管理系统126。更具体地说，出口通道94连接到接收装置32的顶部并且连接到冷凝器22的顶部。因为液态工作流体可以在相态改变点附近操作，所以供给泵16易于空化。在较大热输入瞬变或者在冷凝器周围空气温度突然改变期间，接收装置中的流体可沸腾，降低了泵送液态工作流体的能力，这使换热部分126的冷却减小。传送回路188的操作帮助在使空化和冷却能力平衡的最佳操作点附近操作WHR系统310。升高或者增加冷凝器22和辅助冷却器12中的液态工作流体的高度使辅助冷却的面积和体积增加并且使用于冷凝的体积减小。液态工作流体体积的增加使辅助冷却增加。 液态工作流体的体积的增加减小了泵16中空化的可能性，并且提高了泵送液态工作流体的能力。然而，由于冷凝器22中压力的增加(这减小了通过能量转换装置20的压降)，升高液态工作流体的高度也减小了来自能量转换装置20的功率。在较大的发动机瞬变或者冲压空气或冷却流体52的温度改变期间，冷凝器22中的压力可能迅速下降，使得辅助冷却器12中的液态工作流体接近饱和，这意味着液态工作流体在液态工作流体接近蒸发的相态改变点附近。因为液态工作流体接近饱和，因此供给泵12的动作可以使得液态工作流体局部地蒸气化，使得在供给泵16中产生空化。这种空化是不期望的，因为空化可能造成给供给泵16损坏，以及在不期望的位置处对WHR系统210 加压。控制系统230可以包括控制模块282和接线线束284。控制模块282连接到WHR系统310的某些部件并且可以控制这些部件，该控制模块可以是单个处理器、分布式处理器、 处理器的电平衡装置、或者上述元件的任意组合、以及软件、电子存储器、固定查询表等。可以通过接线线束284连接到WHR系统310的部件，但是这种连接可以通过其他方式，包括无线系统。控制模块282可以是监控相关发动机(未示出)和其它部件的性能以及车辆状况的电子控制单元(ECU)或者电子控制模块(ECM)。控制模块282接收来自传感器55的温度和压力信号、来自传感器56的温度信号、 来自传感器57的温度和压力信号、以及来自流体高度传感器50的指示液态工作流体状态的流体高度。例如，通过传感器55测量的温度和压力可以指示辅助冷却温度(T辅助冷却) 在目标范围以下，该辅助冷却温度(T辅助冷却)等于饱和温度(T饱和)减去测量温度(T 测量)。温度传感器56可以指示需要改变来自热源70的流体的冷却。温度和压力传感器 57可以指示需要增加或减小蒸发工作流体的过热温度。为防止不期望的空化，控制单元282可以控制传送回路188的排放106以将液态工作流体从接收装置32向下游传送到冷凝器22和辅助冷却器12中。排放阀106可以如比例阀一样操作以能够移动到部分打开/闭合位置或者可以在位置之间快速地调整或者循环，也称作二元操作或者调整。蒸发的工作流体能够从冷凝器22经过出口通道94流向接收装置32，以允许液态工作流体从接收装置32流动。在液态工作流体从接收装置32到冷凝器22/辅助冷却器12的传送过程中，控制单元282可以命令传送泵96处于“关闭”或者非操作模式。冷凝器22中的压力随着液态工作流体的增加的高度而增加，并且辅助冷却增加至要求的最小高度，这使冷凝器22和辅助冷凝器12中的液态工作流体的辅助冷却朝向目标范围增加。冷凝器22和辅助冷却器12中的状况也可以导致冷凝器22中的压力增加，这使辅助冷却增加。例如，如果液态工作流体高度增加超过最佳高度，因为通过能量转化装置20的压力差减小，因此来自能量转换部分128或来自能量转换装置20的功能可能下降到有用的或期望的高度以下。来自传感器55和来自流体高度传感器50的压力和温度信号可以指示辅助冷却高于期望。在这种情况下，控制单元282可以控制传送回路188的传送泵96以将液态工作流体从冷凝器22/辅助冷却器12向下游移动到接收装置32。在流体从冷凝器 22和辅助冷却器12传送到接收装置32的过程中，控制模块282关闭排放阀106。蒸发的工作流体从接收装置32流经出口通道94进入到冷凝器22，防止了接收装置32中的液态工作流体不期望的加压。结果，冷凝器22和辅助冷却器12中液态工作流体的高度下降，从而使冷凝器22中的蒸发的工作流体的压力减小并使辅助冷却减小，这由于通过能量转换装置20的压力差增加因而增加了来自能量转化装置20的功率。尽管已经示出并描述了本公开的多个实施方式，但应该理解的是，这些实施方式不限于此。所述实施方式可以由本领域技术人员改变、修改并且进一步应用。因此，这些实施方式不限于上面示出和描述的细节，而且还包括所有这种改变和修改。
1权利要求
1.一种用于内燃机的废热回收系统，包括工作流体回路，包含有工作流体；冷凝器/辅助冷却器，沿着所述工作流体回路定位，并且包含具有第一流体高度的液态工作流体；换热器，沿着所述工作流体回路定位在所述冷凝器/辅助冷却器的下游；能量转换装置，沿着所述工作流体回路定位在所述换热器与所述冷凝器/辅助冷却器之间；流体管理系统，包括包含有所述液态工作流体的接收装置以及流体地连接所述接收装置和所述冷凝器/冷却器的传送回路，其中，所述接收装置中的所述液态工作流体具有第二流体高度，并且其中，最小第二流体高度高于最大第一流体高度；泵，沿着所述传送回路定位在所述冷凝器/辅助冷却器与所述接收装置之间；至少一个传感器，适于测量所述工作流体回路的状态；以及控制模块，适于接收来自所述至少一个传感器的状态信号并且根据所述状态信号产生泵控制信号，以控制所述泵的操作以便在所述接收装置与所述冷凝器/辅助冷却器之间传送所述液态工作流体，以改变所述第一流体高度。
2.根据权利要求I所述的废热回收系统，其中，所述冷凝器/辅助冷却器中的所述第一液体高度需要降低，并且所述控制模块控制所述泵以使液态工作流体从所述冷凝器和所述辅助冷却器传送到所述接收装置，以降低所述第一流体高度。
3.根据权利要求I所述的废热回收系统，其中，所述第一液体高度需要升高，并且所述控制模块控制所述泵以将液态工作流体从所述接收装置传送到所述冷凝器/辅助冷却器， 以升高所述第一流体高度。
4.根据权利要求I所述的废热回收系统，其中，所述至少一个传感器是压力传感器。
5.根据权利要求I所述的废热回收系统，其中，所述至少一个传感器是流体高度传感器。
6.根据权利要求I所述的废热回收系统，其中，所述至少一个传感器是温度传感器。
7.根据权利要求I所述的废热回收系统，其中，所述接收装置物理上定位得高于所述冷凝器和所述辅助冷却器。
8.一种用于内燃机的废热回收系统，包括工作流体回路，包含有工作流体；冷凝器/辅助冷却器，沿着所述工作流体回路定位并且包含具有第一流体高度的液态工作流体；换热器，沿着所述工作流体回路定位在所述冷凝器/辅助冷却器的下游；能量转换装置，沿着所述工作流体回路定位在所述换热器与所述冷凝器/辅助冷却器之间；流体管理系统，包括包含有所述液态工作流体的接收装置以及流体地连接所述接收装置和所述冷凝器/冷却器的传送回路，其中，所述接收装置中的所述液态工作流体具有第二流体高度，并且其中，最小第二流体高度高于最大第一流体高度；泵，沿着所述传送回路定位在所述冷凝器/辅助冷却器与所述接收装置之间；阀，平行于所述泵沿着传送回路定位在冷凝器/辅助冷却器与所述接收装置之间；至少一个传感器，适于测量所述工作流体回路的状态；以及控制模块，适于接收来自所述至少一个传感器的状态信号以根据所述状态信号产生泵控制信号和阀控制信号，以控制所述泵和所述阀的操作以便在所述接收装置与所述冷凝器 /辅助冷却器之间传送液态工作流体，以改变所述第一流体高度。
9.根据权利要求8所述的废热回收系统，其中，所述第一液体高度需要降低，并且所述控制模块控制所述阀到闭合位置，并且控制所述泵以将液态工作流体从所述冷凝器/辅助冷却器传送到所述接收装置，以降低所述第一流体高度。
10.根据权利要求8所述的废热回收系统，其中，所述第一液体高度需要升高，并且所述控制模块控制所述阀以将液态工作流体从所述接收装置传送到所述冷凝器/辅助冷却器，以升高所述第一流体高度并且控制所述泵到非操作模式。
11.根据权利要求8所述的废热回收系统，其中，所述至少一个传感器是压力传感器。
12.根据权利要求8所述的废热回收系统，其中，所述至少一个传感器是流体高度传感器。
13.根据权利要求8所述的废热回收系统，其中，所述至少一个传感器是温度传感器。
14.根据权利要求8所述的废热回收系统，其中，所述接收装置物理上定位得高于所述冷凝器/辅助冷却器。
15.一种用于内燃机的废热回收系统，包括工作流体回路，包含有工作流体；冷凝器/辅助冷却器，沿着所述工作流体回路定位并且包含具有第一流体高度的液态工作流体；泵，沿着所述工作流体回路定位在所述冷凝器/辅助冷却器的下游；换热器，沿着所述工作流体回路定位在所述泵的下游；能量转换装置，沿着所述工作流体回路定位在所述换热器与所述冷凝器/辅助冷却器之间；流体管理系统，包括定位在所述泵与所述换热器之间的旁通阀；接收装置，包含有液态工作流体，沿着所述流体管理系统定位在所述旁通阀的下游，其中，所述接收装置中的液态工作流体具有第二流体高度，并且其中，最小第二流体高度高于最大第一流体高度；接收装置填装阀，沿着所述流体管理系统定位在所述旁通阀与所述接收装置之间；流体支路，沿着所述流体管理系统从所述旁通阀与所述接收装置填装阀之间的位置延伸到所述冷凝器/辅助冷却器；止回阀，沿着所述流体支路定位，具有破裂压力并且仅允许朝向所述冷凝器/辅助冷却器流动；喷射器，沿着所述流体支路定位在所述止回阀与所述冷凝器/辅助冷却器之间；连接通道，沿着所述流体管理系统从所述接收装置填装阀与所述接收装置之间的位置延伸到所述喷射器；接收装置排放阀，沿着所述连接通道定位；至少一个传感器，适于测量所述工作流体回路的状态；以及控制模块，适于接收来自所述至少一个传感器的信号以根据状态信号产生至少一个阀控制信号，以便控制所述旁通阀、所述接收装置填装阀、和所述接收装置排放阀中的一个或多个的操作，从而在所述接收装置与所述冷凝器/辅助冷却器之间传送所述液态工作流体，以改变所述第一流体高度。
16.根据权利要求15所述的废热回收系统，其中，所述第一流体高度需要降低，并且所述控制模块控制所述旁通阀和所述接收装置填装阀以使所述液态工作流体流动到所述接收装置，并且同时所述控制模块关闭所述接收装置排放阀。
17.根据权利要求15所述的废热回收系统，其中，所述第一流体高度需要升高，并且所述控制模块控制所述旁通阀、关闭所述接收装置填装阀、并且打开所述接收装置排放阀，以使所述液态工作流体从所述接收装置传送到所述冷凝器/辅助冷却器。
18.根据权利要求15所述的废热回收系统，其中，所述至少一个传感器是压力传感器。
19.根据权利要求15所述的废热回收系统，其中，所述至少一个传感器是流体高度传感器。
20.根据权利要求15所述的废热回收系统，其中，所述至少一个传感器是温度传感器。
21.根据权利要求15所述的废热回收系统，其中，所述接收装置物理上定位得高于所述冷凝器/辅助冷却器。
全文摘要
本公开涉及一种用于内燃机的废热回收系统，并且涉及用于调整朗肯循环废热回收系统的冷凝器和接收装置中的流体存量的系统和方法。该调整包括调整废热回收系统中的压力以控制空化和能量转换的能力。
文档编号F01N5/02GK102588053SQ20121000399
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月6日 优先权日2011年1月6日
发明者克里斯托弗·R·纳尔逊, 蒂莫西·C·恩斯特 申请人:康明斯知识产权有限公司