回收來自內(nèi)燃機的廢熱的系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】回收來自內(nèi)燃機的廢熱的系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年12月23日提交的韓國專利申請第10_2013_0161694號的優(yōu)先權(quán)，該申請的全部內(nèi)容結(jié)合于此用于通過該引用的所有目的。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及一種回收來自內(nèi)燃機的廢熱的系統(tǒng)，更具體地，涉及這樣的回收來自內(nèi)燃機的廢熱的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括使用來自內(nèi)燃的廢熱循環(huán)工作流體的回收方案。
【背景技術(shù)】
[0004]內(nèi)燃機廣泛用在車輛、船舶、小型發(fā)電機等中，而且已經(jīng)連續(xù)地進行了增加內(nèi)燃機的效率的嘗試。內(nèi)燃機通常排出大量熱作為廢熱，而已經(jīng)開發(fā)了收集廢熱從而增加內(nèi)燃機的整體效率的多種系統(tǒng)。
[0005]當(dāng)考慮到構(gòu)造收集廢熱的系統(tǒng)所需的裝置和部件、負載的增加等時，更有效的是在具有大排量并且能夠攜帶多人或貨物的大型車輛而不是具有小排量并且輕質(zhì)的小型車輛中安裝回收廢熱的系統(tǒng)。
[0006]在車輛的情況下，回收廢熱的系統(tǒng)包括使用渦輪復(fù)合元件的系統(tǒng)和使用熱電元件的系統(tǒng)。
[0007]使用渦輪復(fù)合元件的系統(tǒng)為通過附接廢氣渦輪機到廢氣管路并且通過廢氣壓力旋轉(zhuǎn)廢氣渦輪機從而獲得輸出的方案，其中該方案可以增加具有安裝在其中的內(nèi)燃機的整個系統(tǒng)的熱效率，但是由于廢氣渦輪機充當(dāng)廢氣阻力因此可能降低發(fā)動機本身的輸出。
[0008]使用熱電元件的系統(tǒng)包括使用熱電元件進行充電方案，所述熱電元件使用溫度差產(chǎn)生電或者通過使用產(chǎn)生的電驅(qū)動輔助馬達從而協(xié)助發(fā)動機。然而，由于熱電元件本身的成本不可忽略并且其中可以安裝熱電元件的空間狹窄，所以難以顯著增加發(fā)動機的熱效率，即使熱電元件實際上安裝在批量制造的車輛中。
[0009]為了解決上述問題和/或其他問題，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)開發(fā)了使用從內(nèi)燃機的廢氣側(cè)傳遞的熱循環(huán)工作流體并且使用工作流體旋轉(zhuǎn)渦輪機從而回收廢熱的系統(tǒng)。然而，注意到基于本發(fā)明的申請時間點，該回收廢熱的系統(tǒng)還未公開于無保密責(zé)任的公眾。
[0010]為了增加回收廢熱的系統(tǒng)的效率，工作流體需要被最大化蒸發(fā)并且以高速和高能狀態(tài)供應(yīng)至渦輪機。然而，由于各種因素(例如安裝了內(nèi)燃機的車輛等中的布局、環(huán)境溫度、溫度較低的情況(例如冬季)等)，一部分氣態(tài)工作流體可能在被供應(yīng)至渦輪機之前液化，并且當(dāng)工作流體以液態(tài)引入到渦輪機中時，渦輪機中的內(nèi)部有效體積減小，因此減小回收廢熱的系統(tǒng)的效率。
[0011]公開于該【背景技術(shù)】部分的信息僅僅旨在加深對本發(fā)明的一般【背景技術(shù)】的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]因此，已經(jīng)做出本發(fā)明以解決現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)生的上述問題和/或其他問題，同時完整地保持了由現(xiàn)有技術(shù)所實現(xiàn)的優(yōu)點。
[0013]本發(fā)明提供一種回收來自內(nèi)燃機的廢熱的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)能夠通過最大化地保證渦輪機中的內(nèi)部有效體積從而增加其效率。
[0014]在本發(fā)明的各個方面，提供一種回收來自內(nèi)燃機的廢熱的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:工作流體循環(huán)管路，所述工作流體循環(huán)管路被構(gòu)造成使用通過從所述內(nèi)燃機的EGR管路接收的熱蒸發(fā)的工作流體旋轉(zhuǎn)禍輪機；EGR側(cè)換熱單元，所述EGR側(cè)換熱單元被構(gòu)造成在EGR氣體和所述工作流體之間進行換熱從而冷卻所述EGR氣體并且將來自所述EGR氣體的熱傳遞至所述工作流體；和氣液分離器，所述氣液分離器被構(gòu)造成在所述EGR側(cè)換熱單元和所述渦輪機之間形成從而僅將所述工作流體的氣體組分供應(yīng)至所述渦輪機。
[0015]所述氣液分離器可以包括:液體接收室，所述液體接收室能夠在其中接收液態(tài)工作流體；和連通管，所述連通管將渦輪機引入管和所述液體接收室彼此流體連通，所述渦輪機引入管為將所述渦輪機連接到所述EGR側(cè)換熱單元的導(dǎo)管。所述連通管可以包括第一連通管和第二連通管，所述第一連通管被設(shè)置成鄰近所述EGR側(cè)換熱單元，所述第二連通管被設(shè)置成鄰近所述渦輪機。
[0016]所述渦輪機引入管的連接至所述第一連通管的部分的直徑可以實質(zhì)上等于所述渦輪機引入管的連接至所述第二連通管的部分的直徑。所述液體接收室可以設(shè)置在比所述渦輪機引入管更低的位置處。所述連通管可以具有連接至所述渦輪機引入管的側(cè)部或下部的上端部。
[0017]所述系統(tǒng)可以進一步包括廢氣側(cè)換熱單元，所述廢氣側(cè)換熱單元安裝在將廢氣排放至外部的廢氣管路處從而將來自所述廢氣的熱傳遞至所述工作流體。所述廢氣側(cè)換熱單元可以設(shè)置在所述工作流體循環(huán)管路的比所述EGR側(cè)換熱單元更高側(cè)處。
[0018]所述工作流體可以始終經(jīng)過所述廢氣側(cè)換熱單元，并且僅當(dāng)在所述EGR管路中流動的所述廢氣的溫度等于或大于特定溫度Tl時，所述工作流體可以經(jīng)過所述EGR側(cè)換熱單元。所述特定溫度Tl可以為500°C。
[0019]通過納入本文的附圖以及隨后與附圖一起用于說明本發(fā)明的某些原理的具體描述，本發(fā)明的方法和裝置所具有的其他特征和優(yōu)點將更為具體地變得清楚或得以闡明。
【附圖說明】
[0020]圖1為根據(jù)本發(fā)明的回收來自內(nèi)燃機的廢熱的示例性系統(tǒng)的概念圖；
[0021]圖2為本發(fā)明的示例性系統(tǒng)中包括的示例性氣液分離器的立體圖；和
[0022]圖3為顯示在示例性氣液分離器和示例性渦輪機引入管中流動的工作流體的示意圖。
[0023]附圖中每個元件的附圖標(biāo)記
[0024]100:工作流體循環(huán)管路
[0025]200:EGR 管路
[0026]300:EGR側(cè)換熱單元
[0027]310:過熱器
[0028]320:EGR 冷卻器
[0029]304:渦輪機引入管
[0030]400:廢氣側(cè)換熱單元
【具體實施方式】
[0031]下面將詳細參考本發(fā)明的各個實施方案，這些實施方案的實例被顯示在附圖中并描述如下。盡管本發(fā)明將與示例性實施方案相結(jié)合進行描述，但是應(yīng)當(dāng)意識到，本說明書并非旨在將本發(fā)明限制為那些示例性實施方案。相反，本發(fā)明旨在不但覆蓋這些示例性實施方案，而且覆蓋可以被包括在由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)的各種選擇形式、修改形式、等價形式及其他實施方案。
[0032]本說明書和權(quán)利要求書中使用的術(shù)語和詞語不被翻譯成通用含義或詞典含義而是基于本發(fā)明人可以合適地限定術(shù)語的概念的原則被翻譯成符合本發(fā)明的技術(shù)理念的含義和概念，從而以最佳模式描述他們自己的發(fā)明。
[0033]出于清楚和方便的目的，附圖中顯示的構(gòu)件的尺寸或形成構(gòu)件的特定部分可能夸張地省略或示意性地顯示。因此，每個構(gòu)件的尺寸不精確反映其實際尺寸。此外，當(dāng)確定與本發(fā)明相關(guān)的已知功能或構(gòu)造的詳細說明可能使本發(fā)明的主旨模糊時，將省略其詳細說明。
[0034]圖1為根據(jù)本發(fā)明的各個實施方案的回收來自內(nèi)燃機的廢熱的系統(tǒng)的概念圖。
[0035]本發(fā)明集中解決在如下情況下產(chǎn)生的問題:通過從EGR管路200傳遞的熱蒸發(fā)并且因此供應(yīng)至渦輪機340的工作流體液化。然而，在解決該問題之前，將描述回收系統(tǒng)的輪廓(所述回收系統(tǒng)包括廢氣、EGR氣體和工作流體流過的通道和設(shè)置在通道上的各自的構(gòu)造)以用于操作回收系統(tǒng)和與問題(供應(yīng)至渦輪機340的工作液體液化)的解決方案相關(guān)的構(gòu)造，然后將描述由所述構(gòu)造產(chǎn)生的效果。
[0036]參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的各個實施方案的回收來自內(nèi)燃機的廢熱的系統(tǒng)(下文稱為“回收系統(tǒng)”)可以包括EGR管路200，所述EGR管路200將一部分從內(nèi)燃機產(chǎn)生的廢氣循環(huán)至進氣側(cè)；工作流體循環(huán)管路100，所述工作流體循環(huán)管路100使用通過從EGR管路200傳遞的熱蒸發(fā)的工作流體旋轉(zhuǎn)渦輪機340 ;EGR側(cè)換熱單元300，所述EGR側(cè)換熱單元300將來自EGR氣體的熱傳遞至工作流體；和廢氣側(cè)換熱單元400，所述廢氣側(cè)換熱單元400安裝在將廢氣排放至外部的廢氣管路處從而將來自廢氣的熱傳遞至工作流體。
[0037]僅當(dāng)在EGR管路200中流動的廢氣的溫度為特定溫度Tl或更大溫度時，工作流體始終經(jīng)過廢氣側(cè)換熱單元400并且經(jīng)過EGR側(cè)換熱單元300?；诓裼桶l(fā)動機1，Tl可以設(shè)定為500°C或約500 °C。
[0038]在下文中，作為例如當(dāng)Tl被設(shè)定為500°C時的實施例，將描述通過EGR氣體的EGR管路200的循環(huán)路徑。
[0039]基于圖1，當(dāng)從廢氣歧管3通過EGR閥210應(yīng)用至EGR旁通閥220的EGR氣體具有500°C或更大的溫度時，EGR旁通閥220打開，使得EGR氣體移動至EGR旁通閥220的右側(cè)并且供應(yīng)至進氣歧管2側(cè)同時經(jīng)過EGR側(cè)換熱單元300。基于圖1，另一方面，當(dāng)EGR氣體具有小于500°C的溫度時，EGR旁通閥220關(guān)閉，使得EGR氣體移動至EGR旁通閥220的上側(cè)并且供應(yīng)至進氣歧管2側(cè)同時不經(jīng)過EGR側(cè)換熱單元300。