Система для преобразования тепловой энергии в механическую энергию в транспортном средстве


 


Владельцы патента RU 2561814:

СКАНИА СВ АБ (SE)

Изобретение относится к системе для преобразования тепловой энергии в механическую энергию в транспортном средстве. Система включает в себя контур трубопровода, насос для прокачивания вещества в контуре трубопровода по меньшей мере один испаритель, в котором обеспечивается поглощение веществом тепловой энергии от источника тепла таким образом, что оно выпаривается, турбину, выполненную с возможностью приведения в движение с помощью выпаренного вещества с целью выработки механической энергии, и конструкцию конденсатора, в которой обеспечивается выделение веществом тепловой энергии таким образом, что оно конденсируется. Конструкция конденсатора включает в себя первый конденсатор, в котором вещество выделяет тепловую энергию в хладагент, который циркулирует в упомянутом контуре трубопровода, и второй конденсатор, который расположен на выходе первого конденсатора по отношению к направлению потока вещества в контуре трубопровода и в котором вещество выделяет тепловую энергию в воздух при температуре окружающей среды. Изобретение позволяет повысить эффекивность преобразования. 9.з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Настоящее изобретение относится к системе для преобразования тепловой энергии в механическую энергию в транспортном средстве.

При сгорании топлива в камере внутреннего сгорания химическая энергия преобразуется в механическую энергию. Значительная часть химической энергии преобразуется не в механическую энергию, а в тепловую энергию, которая выделяется в окружающую среду различными путями. Примером служит тепловая энергия в выхлопных газах, которые выпускаются в окружающий воздух. Еще одним примером является тепловая энергия, которая отводится от различного рода теплоносителей в транспортных средствах. Примером таких теплоносителей является хладагент в системе охлаждения, который охлаждает двигатель внутреннего сгорания. Хладагент при этом обычно охлаждается в радиаторе, расположенном в передней части транспортного средства. Многие двигатели внутреннего сгорания имеют наддув. Воздух турбонаддува обычно охлаждается, по меньшей мере, в одном охладителе всасываемого воздуха перед подачей его в двигатель. Известная практика для уменьшения выброса оксидов азота состоит в рециркуляции части выхлопных газов. Рециркулируемые выхлопные газы охлаждаются, по меньшей мере, в одном охладителе системы рециркуляции выхлопных газов (EGR) перед тем, как они рециркулируют в двигатель.

Системы WHR (регенерации сбросного тепла) используются для преобразования тепловой энергии в механическую энергию. Система WHR включает в себя контур с насосом, который прокачивает некоторое вещество в контуре трубопровода. Контур трубопровода содержит испаритель, в котором вещество выпаривается с помощью тепла от источника тепла, и турбину, которая приводится в движение с помощью выпаренного вещества. При распространении вещества по турбине часть тепловой энергии вещества преобразуется в механическую энергию, которая может использоваться для прямого действия или преобразовываться в электрическую энергию. Вещество конденсируется в конденсаторе. Важно, чтобы вещество охлаждалось в конденсаторе до низкой температуры, поскольку это целесообразно для эффективности системы WHR.

Вещество может дополнительно охлаждаться в воздухоохлаждаемом конденсаторе в передней части транспортного средства. В этом месте конденсатора имеется протекающий через него поток холодного воздуха при температуре окружающей среды. Циркулирующее вещество может при этом охлаждаться до температуры, близкой к температуре окружающей среды. Охлаждение, которому подвергается циркулирующее вещество в таком конденсаторе, тесно связано не только с температурой окружающего воздуха, но также и с другими параметрами, такими как влажность воздуха и скорость потока охлаждающего воздуха через охладитель наддувочного воздуха. Поскольку большинство этих параметров зависит от состояния окружающего воздуха, сложно регулировать охлаждение в воздухоохлаждаемом конденсаторе таким образом, чтобы вещество охлаждалось до требуемой температуры.

Задачей настоящего изобретения является создание системы, способной эффективно преобразовывать тепловую энергию в механическую энергию, при этом конструкция конденсатора может регулироваться и занимает относительно небольшое пространство в транспортном средстве.

Данная задача решается посредством создания системы для преобразования тепловой энергии в механическую энергию в транспортном средстве, содержащем контур низкотемпературного охлаждения с циркулирующим хладагентом, причем система включает в себя контур трубопровода, насос для обеспечения циркуляции вещества в контуре трубопровода, по меньшей мере, один испаритель, в котором обеспечивается поглощение веществом тепловой энергии от источника тепла таким образом, что оно испаряется, турбину, выполненную с возможностью приведения в движение посредством испаренного вещества для выработки механической энергии, и конструкцию конденсатора, в которой обеспечивается выделение веществом тепловой энергии таким образом, что оно конденсируется. Конструкция конденсатора включает в себя первый конденсатор, в котором вещество передает тепловую энергию хладагенту, который циркулирует в контуре низкотемпературного охлаждения, и второй конденсатор, который расположен ниже по потоку первого конденсатора по отношению к направлению потока вещества в контуре трубопровода и в котором вещество передает тепловую энергию воздуху при температуре окружающей среды.

Преимущество воздухоохлаждаемого конденсатора состоит в том, что вещество может охлаждаться до температуры, близкой к температуре окружающей среды. Охлаждение вещества до наиболее низкой возможной температуры целесообразно для эффективности системы WHR. Недостаток воздухоохлаждаемого конденсатора состоит в том, что сложно регулировать охлаждение вещества, поскольку температура и влажность окружающего воздуха могут колебаться. Еще один недостаток воздухоохлаждаемых конденсаторов состоит в том, что они требуют для установки относительно большого пространства на передней поверхности транспортного средства, чтобы они могли обеспечивать необходимое охлаждение вещества окружающим воздухом. Охлаждение вещества в системе WHR посредством охлаждаемого хладагентом конденсатора обладает недостатком, состоящим в том, что вещество не может быть охлаждено до столь же низкой температуры, что и в воздухоохлаждаемом конденсаторе. Преимущество охлаждаемого хладагентом конденсатора состоит в том, что можно относительно простыми средствами регулировать температуру хладагента и поток через конденсатор. Тем самым может регулироваться охлаждение вещества. Еще одно преимущество охлаждаемого хладагентом конденсатора состоит в том, что он может быть выполнен значительно меньшим, чем воздухоохлаждаемый конденсатор с аналогичной производительностью. Охлаждаемый хладагентом конденсатор может также быть размещен, по существу, в любом месте транспортного средства.

В настоящем изобретении используется конструкция конденсатора, благодаря которой вещество сначала охлаждается в охлаждаемом хладагентом конденсаторе, а после этого в воздухоохлаждаемом конденсаторе. Охлаждаемый хладагентом конденсатор и воздухоохлаждаемый конденсатор, расположенные последовательно в указанном порядке, позволяют конструкции конденсатора иметь, по существу, все вышеуказанные положительные характеристики перспективных типов конденсатора. В случае, когда вещество проходит первый этап охлаждения в охлаждаемом хладагентом конденсаторе, расположенный далее воздухоохлаждаемый конденсатор может быть выполнен меньшим и занимать меньше места в передней части транспортного средства. В расположенном далее воздухоохлаждаемом конденсаторе вещество может охлаждаться до температуры, близкой к температуре окружающей среды, после охлаждения ранее до низкой температуры в охлаждаемом хладагентом конденсаторе. Возможность регулирования температуры хладагента и потока через охлаждаемый хладагентом конденсатор означает, что вся конструкция конденсатора может регулироваться.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, транспортное средство приводится в движение двигателем внутреннего сгорания, охлаждаемым хладагентом, который циркулирует в системе охлаждения, при этом хладагент в упомянутой системе охлаждения, который охлаждает вещество в первом конденсаторе, находится при более низкой температуре, чем хладагент, который циркулирует в системе охлаждения двигателя. Можно, хотя и не очень эффективно, использовать в системе охлаждения относительно теплый хладагент, который охлаждает двигатель для охлаждения вещества в первом испарителе. Поэтому целесообразно использовать хладагент, который находится при более низкой температуре. Если вещество охлаждается до низкой температуры в охлаждаемом хладагентом первом конденсаторе, воздухоохлаждаемый второй конденсатор не обязательно должен иметь очень высокую производительность и, следовательно, может занимать немного места.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, упомянутый контур охлаждения составляет систему охлаждения, отдельную от системы охлаждения, которая охлаждает двигатель. Отдельная система охлаждения означает, что ее хладагент и компоненты являются отдельными от системы охлаждения двигателя. В соответствии с другим вариантом, упомянутый контур охлаждения может составлять часть системы охлаждения, которая охлаждает двигатель и в которой хладагент находится при значительно более низкой температуре, чем в основной части двигателя. Упомянутый контур охлаждения предпочтительно включает в себя воздухоохлаждаемый охладитель, в котором циркулирующий хладагент, по меньшей мере, частично охлаждается воздухом при температуре окружающей среды. Хладагент в контуре охлаждения может при этом находиться при очень низкой температуре перед тем, как она используется для охлаждения вещества в первом конденсаторе. Упомянутый контур охлаждения предпочтительно включает в себя не только первый конденсатор, но и, по меньшей мере, один охладитель для охлаждения дополнительного вещества. В транспортных средствах существует необходимость в охлаждении множества компонентов до более низкой температуры, чем может обеспечиваться с использованием хладагента в системе сгорания транспортного средства. Упомянутыми компонентами могут быть хладагент в установке кондиционирования воздуха, трансмиссионное масло и электронные управляющие блоки.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, система включает в себя средство для регулирования охлаждения вещества в первом конденсаторе. За счет регулирования потока и температуры хладагента в первом конденсаторе охлаждение конструкция конденсатора может регулироваться в достаточной степени. Охлаждение в воздухоохлаждаемом конденсаторе зависит, в основном, от температуры, влажности и скорости потока окружающего воздуха в конденсаторе. На основе информации об этих параметрах может осуществляться оценивание охлаждения в воздухоохлаждаемом конденсаторе, но не управление им. И поток, и температура хладагента, которая охлаждает вещество в охлаждаемом хладагентом конденсаторе, могут регулироваться. Поток может регулироваться путем управления насосом хладагента, который прокачивает хладагент в контуре охлаждения. Температуру хладагента можно поднимать путем включения отопительного устройства и т.п. для подачи тепловой энергии в контур охлаждения и можно опускать отсоединением одного или более дополнительных компонентов, которые охлаждаются хладагентом, циркулирующим в контуре охлаждения.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, обеспечивается поглощение веществом тепловой энергии в испарителе от выхлопных газов, которые направляются из двигателя по выхлопному трубопроводу. Выхлопные газы из двигателя внутреннего сгорания являются весьма значительным источником тепла, имеющим высокую температуру. Тепловая энергия обычно поглощается окружающей средой. В другом варианте или в комбинации вариантов обеспечивается поглощение веществом тепловой энергии в испарителе от выхлопных газов, которые рециркулируют в двигатель по рециркуляционному трубопроводу. Рециркулирующие выхлопные газы обычно охлаждаются, по меньшей мере, в одном охладителе EGR перед тем, как они направляются в двигатель. В этом случае рециркулирующие выхлопные газы обеспечивают эффективное охлаждение, при этом часть тепловой энергии в них преобразуется в механическую энергию.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, транспортное средство снабжено турбиной, выполненной с возможностью приведения в движение выхлопными газами в выхлопном трубопроводе, при этом система включает в себя, по меньшей мере, один испаритель, который поглощает тепловую энергию от выхлопных газов в выхлопном трубопроводе в некотором месте на выходе турбины, и, по меньшей мере, один испаритель, который поглощает тепловую энергию от рециркулирующих выхлопных газов в рециркуляционном трубопроводе в некотором месте на входе турбины. В этом случае вещество нагревается сначала выхлопными газами в выхлопном трубопроводе на выходе турбины, которые находятся при более низкой температуре, а затем рециркулирующими выхлопными газами в рециркуляционном трубопроводе, которые находятся при более высокой температуре. Вещество в данном случае может подогреваться до высокой температуры, что приводит к значительному выделению энергии в турбине. Система может включать в себя два испарителя, размещаемые последовательно в рециркуляционном трубопроводе. Поскольку выхлопные газы находятся в рециркуляционном трубопроводе при столь высокой температуре, во многих случаях может оказаться целесообразным подвергать выхлопные газы двум этапам охлаждения с целью утилизации как можно большего количества тепловой энергии от выхлопных газов, при этом рециркулирующие выхлопные газы обеспечивают охлаждение до низкой температуры. Наличие испарителей как в выхлопном трубопроводе, так и в трубопроводе для рециркуляции выхлопных газов позволяет использовать относительно большую долю тепловой энергии в выхлопных газах двигателя для генерирования механической энергии в турбине.

Настоящий вариант осуществления изобретения описывается ниже на примере со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором

фиг. 1 - конструкция для преобразования тепловой энергии в механическую энергию в транспортном средстве.

На фиг. 1 изображено транспортное средство 1, приводимое в движение двигателем 2 внутреннего сгорания с наддувом. Транспортное средство 1 может представлять собой транспортное средство большой грузоподъемности, приводимое в движение дизельным двигателем с наддувом. Выхлопные газы из цилиндров двигателя 2 направляются через выпускной коллектор 3 в выхлопной трубопровод 4. Выхлопные газы в выхлопном трубопроводе 4, которые находятся при давлении выше атмосферного, направляются в турбину 5 турбоустановки. На турбину 5 при этом подается движущая сила, которая через соединение передается на компрессор 6. Компрессор 6 вследствие этого сжимает воздух, который вводится во впускной трубопровод 8. Охладитель 9 наддувочного воздуха расположен в некоторой области в передней части транспортного средства 1. Назначение охладителя 9 наддувочного воздуха состоит в охлаждении сжатого воздуха, который вводится в двигатель 2. Сжатый воздух охлаждается в охладителе 9 наддувочного воздуха с помощью воздуха, который проталкивается через него за счет вентилятора 10 радиатора и потока, вызываемого движением транспортного средства вперед. Вентилятор 10 радиатора приводится в движение двигателем 2 через подходящее соединение.

Двигатель 2 охлаждается хладагентом, который циркулирует в системе охлаждения. Хладагент прокачивается в системе охлаждения насосом 11 хладагента. Система охлаждения включает в себя термостат 12. Хладагент в системе охлаждения охлаждается в радиаторе 13, установленном вблизи вентилятора 10 радиатора. Радиатор 13 расположен на выходе охладителя 9 наддувочного воздуха по отношению к направлению потока охлаждающего воздуха в данной области. Система охлаждения включает в себя трубопровод 14, который направляет хладагент из радиатора 13 в двигатель 2. Насос 11 хладагента расположен в трубопроводе 15. Система охлаждения включает в себя трубопровод 16, который направляет хладагент из двигателя 2 в термостат 12, и трубопровод 17, который направляет хладагент из термостата 12 в радиатор 13. В периоды времени, когда хладагент находится при температуре ниже требуемой рабочей температуры, термостат 12 направляет ее из трубопровода 16 в двигатель 2 через трубопроводы 14, 15. В периоды времени, когда хладагент находится при температуре выше требуемой рабочей температуры, термостат 12 направляет ее из трубопровода 16 в радиатор 13 через трубопровод 17.

В транспортном средстве 1 имеется контур низкотемпературного охлаждения с циркулирующим хладагентом, который находится при значительно более низкой температуре, чем хладагент в системе охлаждения двигателя. Хладагент прокачивается в контуре низкотемпературного охлаждения посредством насоса 18 хладагента. Хладагент в контуре низкотемпературного охлаждения предназначен для охлаждения в радиаторе 19, установленном в некоторой области в передней части транспортного средства. Радиатор 19 расположен на входе охладителя 9 наддувочного воздуха по отношению к направлению потока охлаждающего воздуха в данной области. Контур низкотемпературного охлаждения содержит трубопровод 20, который направляет холодный хладагент из радиатора 19. После этого трубопровод 20 разделяется на четыре параллельных трубопровода. Первый параллельный трубопровод содержит охладитель в виде конденсатора 21 для охлаждения хладагента в установке транспортного средства. Второй параллельный трубопровод содержит охладитель 22 масла для охлаждения трансмиссионного масла транспортного средства. Третий параллельный трубопровод содержит охладитель 23 для охлаждения, по меньшей мере, одного электронного управляющего блока транспортного средства. Четвертый параллельный трубопровод содержит конденсатор 24 в системе WHR. Вещество охлаждается в конденсаторе 24 до температуры, при которой она конденсируется. Четыре параллельных трубопровода объединяются в общий трубопровод 25, который направляет хладагент назад в радиатор 19. Контур низкотемпературного охлаждения содержит управляющий блок 26, который может регулировать работу насоса 18 хладагента и, следовательно, поток хладагента через контур низкотемпературного охлаждения. Управляющий блок 26 может также при необходимости включать отопительное устройство 27 для подогрева хладагента, если он находится при слишком низкой температуре. Отопительное устройство 27 может представлять собой электрический блок или теплообменник, в котором хладагент в контуре низкотемпературного охлаждения подогревается теплым хладагентом из системы охлаждения двигателя. Если температура хладагента в контуре низкотемпературного охлаждения должна быть понижена, управляющий блок 26 может перекрыть поток хладагента через один или более взаимно параллельных охладителей 21-24 посредством не показанных на чертеже клапанов в соответствующих параллельных трубопроводах. Управляющий блок 26 может посредством этого регулировать поток и температуру хладагента, который циркулирует в контуре низкотемпературного охлаждения. Управляющий блок 26 может представлять собой вычислительное устройство, снабженное для этой цели подходящим программным обеспечением.

Двигатель 2 внутреннего сгорания снабжен системой для рециркуляции выхлопных газов, именуемой EGR (рециркуляция выхлопных газов). Такая рециркуляция включает в себя выхлопные газы, смешиваемые со сжатым воздухом, который направляется в цилиндры двигателя. Результатом является пониженная температура сгорания и более низкое содержание оксидов азота NOx в выхлопных газах. Часть выхлопных газов в выхлопном трубопроводе 4 рециркулирует через рециркуляционный трубопровод 28. Рециркуляционный трубопровод 28 содержит клапан 29 EGR, с помощью которого поток выхлопных газов в рециркуляционном трубопроводе 28 может регулироваться для управления количеством рециркулирующих выхлопных газов. Управляющий блок 30 выполнен с возможностью управления клапаном 29 EGR на основе информации о текущем рабочем состоянии двигателя. Управляющий блок 30 может представлять собой вычислительное устройство, снабженное для этой цели подходящим программным обеспечением. Рециркуляционный трубопровод 28 содержит первый охладитель EGR, в котором рециркулирующие выхлопные газы проходят первый этап охлаждения, и второй охладитель EGR, в котором рециркулирующие выхлопные газы проходят второй этап охлаждения. После охлаждения в упомянутых охладителях EGR рециркулирующие выхлопные газы смешиваются со сжатым воздухом во впускном трубопроводе 8, например, с помощью смесителя 33. Затем смесь сжатого воздуха и рециркулирующих выхлопных газов направляется в соответствующие цилиндры двигателя через коллектор 34.

Транспортное средство 1 оснащено системой WHR для преобразования тепловой энергии в выхлопных газах, выводимых из двигателя 2 внутреннего сгорания, в механическую энергию. Данная система включает в себя контур 35 трубопровода с насосом 36, который выполнен с возможностью нагнетания и прокачивания вещества в контуре 35 трубопровода. Вещество направляется насосом 36 сначала в теплообменник 37, который может представлять собой рекуператор, в котором оно подвергается определенному подогреву. Вещество направляется из теплообменника 37 в испаритель 32, который в данном случае выполнен в виде второго охладителя EGR, в котором вещество подогревается рециркулирующими выхлопными газами. Смесь вещества направляется параллельно испарителю 38, который выполнен в виде теплообменника, в котором вещество подогревается выхлопными газами в выхлопном трубопроводе, в некоторое место на выходе турбины 5. Контур 35 трубопровода после этого объединяется таким образом, что вещество из испарителей 32, 38 вместе направляется в последующий испаритель 31 в виде первого охладителя EGR, в котором оно проходит следующий этап подогрева. Когда оно выходит из испарителя 31, вещество полностью и дополнительно нагревается. Газообразное вещество, выходящее из первого охладителя EGR, направляется в турбину 39. Вещество распространяется по турбине 39, преобразуя часть тепловой энергии в смеси вещества в механическую энергию. Турбина 39 в данном случае приводит в действие генератор 40, который преобразует механическую энергию в электрическую энергию. Электрическая энергия накапливается в накопителе 41 энергии. Электрическая энергия, накопленная в накопителе 41 энергии, может предпочтительно использоваться для продвижения транспортного средства или управления его компонентами. В соответствии с другим вариантом, турбина 39 может быть соединена с маховиком или подобным накопителем механической энергии, который может быть соединен с силовым агрегатом транспортного средства. В тех случаях, когда маховик соединен с силовым агрегатом, в транспортном средстве обеспечивается дополнительная движущая сила.

При распространении газообразного вещества в турбине 39 оно находится при более низком давлении и более низкой температуре. Газообразное вещество направляется из турбины 39 в теплообменник 37, в котором оно охлаждается жидким веществом из насоса 36. После этого газообразное вещество направляется в первый конденсатор 24, в котором оно охлаждается хладагентом в контуре низкотемпературного охлаждения. Затем вещество направляется во второй конденсатор 42, расположенный на выходе первого конденсатора 24 по отношению к направлению его потока в контуре 35 трубопровода. Второй конденсатор 42 расположен в передней части транспортного средства 1 в некотором месте частично перед охлаждаемым хладагентом вторым конденсатором 19. Вещество охлаждается во втором конденсаторе 42 воздухом при температуре окружающей среды. Окружающий воздух проталкивается через второй конденсатор 42 за счет воздушного вентилятора 10 и потока, вызываемого движением транспортного средства вперед. Газообразное вещество превращается в жидкость при охлаждении его в первом конденсаторе 24 и втором конденсаторе 42. Вещество может при этом охлаждаться до температуры, близкой к температуре окружающей среды, когда оно выходит из второго конденсатора 42. Результирующее жидкое вещество направляется из второго конденсатора 42 в насос 36.

В этом случае используется конструкция конденсатора, включающая в себя охлаждаемый хладагентом первый конденсатор 24 и воздухоохлаждаемый второй конденсатор 42. Обычно дополнительно нагретое газообразное вещество охлаждается в охлаждаемом хладагентом первом конденсаторе 24 до температуры конденсации вещества. Благодаря этому вещество начинает конденсироваться в охлаждаемом хладагентом первом конденсаторе 24. После этого вещество направляется в воздухоохлаждаемый второй конденсатор 42, в котором конденсируется оставшаяся часть газообразного вещества. Жидкое вещество в воздухоохлаждаемом втором конденсаторе 42 после этого дополнительно охлаждается до температуры, близкой к температуре окружающей среды. Поскольку вещество уже проходило необходимый первый этап охлаждения в охлаждаемом хладагентом первом конденсаторе 24, оно может проходить второй этап охлаждения до температуры, близкой к температуре окружающей среды, посредством относительно небольшого воздухоохлаждаемого второго конденсатора 42, который может по этой причине занимать относительно небольшое место в передней части транспортного средства.

В этом случае управление потоком и температурой хладагента в контуре низкотемпературного охлаждения может по этой причине осуществляться посредством управляющего блока 26. Управляющий блок 26 может при этом управлять охлаждением вещества в охлаждаемом хладагентом первом конденсаторе 24. На основе знания, например, температуры и влажности окружающего воздуха и скорости хладагента через воздухоохлаждаемый конденсатор 42 блок управления 26 может оценивать охлаждение вещества в воздухоохлаждаемом конденсаторе 42. Эта информация позволяет блоку управления, например, регулировать работу насоса 18 хладагента в контуре низкотемпературного охлаждения таким образом, что вещество полностью проходит требуемое охлаждение в первом конденсаторе 24 и втором конденсаторе 42. Таким образом, конструкция конденсатора позволяет регулировать охлаждение вещества в конструкции данного конденсатора, что невозможно в воздухоохлаждаемом конденсаторе.

В тех случаях, когда воздухоохлаждаемый конденсатор 42 занимает относительно немного места в передней части транспортного средства, хладагент в контуре низкотемпературного охлаждения может также частично охлаждаться воздухом при температуре окружающей среды. Это позволяет контуру низкотемпературного охлаждения находиться при низкой температуре, когда он выходит из радиатора 19. Охлаждение вещества в конденсаторе 24 и во взаимно параллельных охладителях 21, 23 благодаря этому становится эффективным.

В этом случае тепловая энергия поглощается из выхлопных газов двигателя. Выхлопной газ из двигателя внутреннего сгорания является весьма значительным источником тепла, от которого осуществляется рекуперация энергии. Если двигатель 2 является дизельным двигателем, выхлопные газы могут находиться при температуре около 600-700°С на входе турбины 5 турбоустановки в периоды времени, когда двигатель 2 находится под большой нагрузкой. Рециркулирующие выхлопные газы в рециркуляционном трубопроводе 28 могут при этом изначально находиться при этой температуре. Температура выхлопных газов на выходе турбины 5 может составлять порядка 200-300°С. Вещество в этом случае нагревается изначально в двух взаимно параллельных испарителях 32, 38. В испарителе 38 вещество нагревается выхлопными газами, которые распространяются по турбине. В испарителе вещество нагревается выхлопными газами в рециркуляционном трубопроводе 28 после прохождения первого этапа охлаждения. В обоих случаях вещество может нагреваться выхлопными газами, которые находятся при подобной температуре, которая может при этом составлять 200-300°С. Все вещество затем направляется в испаритель 31, в котором оно нагревается рециркулирующими выхлопными газами в рециркуляционном трубопроводе 28. Рециркулирующие выхлопные газы могут при этом находиться здесь при температуре около 600-700°С. Однако вещество, используемое в системах WHR, имеет максимальную температуру, которая не должна быть превышена. Соответствующий выбор размеров испарителей 31, 32, 38 позволит веществу нагреваться до высокой температуры, соответствующей конкретному веществу перед тем, как оно направится в турбину 39. Высокая температура вещества, направляемого в турбину, позволяет производить большое количество механической энергии.

Изобретение никоим образом не ограничивается вариантом осуществления, к которому относится чертеж, а может без ограничений быть изменено в пределах объема формулы изобретения.

1. Система для преобразования тепловой энергии в механическую энергию в транспортном средстве, содержащем контур низкотемпературного охлаждения с циркулирующим хладагентом, причем система включает в себя контур (35) трубопровода, насос (36) для обеспечения циркуляции вещества в контуре трубопровода, по меньшей мере один испаритель (31, 32, 38), в котором обеспечивается поглощение веществом тепловой энергии от источника (4, 28) тепла таким образом, что оно испаряется, турбину (39), выполненную с возможностью приведения в движение посредством испаренного вещества для выработки механической энергии, и конструкцию (24, 42) конденсатора, в которой обеспечивается выделение веществом тепловой энергии таким образом, что оно конденсируется, отличающаяся тем, что конструкция конденсатора включает в себя первый конденсатор (24), в котором вещество передает тепловую энергию хладагенту, который циркулирует в контуре низкотемпературного охлаждения, и второй конденсатор (42), который расположен ниже по потоку первого конденсатора (24) по отношению к направлению потока вещества в контуре (35) трубопровода и в котором вещество передает тепловую энергию воздуху при температуре окружающей среды.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что транспортное средство приводится в движение двигателем (2) внутреннего сгорания, охлаждаемым хладагентом, который циркулирует в системе охлаждения, при этом хладагент в контуре низкотемпературного охлаждения, который охлаждает вещество в первом конденсаторе (24), находится при более низкой температуре, чем хладагент, который циркулирует в системе охлаждения двигателя.

3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что контур низкотемпературного охлаждения выполнен отдельно от системы охлаждения двигателя.

4. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что контур низкотемпературного охлаждения включает в себя радиатор (19), в котором циркулирующий хладагент, по меньшей мере, частично охлаждается воздухом при температуре окружающей среды.

5. Система по п. 4, отличающаяся тем, что контур низкотемпературного охлаждения дополнительно включает в себя по меньшей мере один дополнительный охладитель (21-23).

6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что она включает в себя средство (18, 26, 27) для регулирования охлаждения вещества в первом конденсаторе (24).

7. Система по п. 2, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью обеспечения поглощения веществом тепловой энергии в испарителе (38) от выхлопных газов, которые направляются из двигателя по выхлопному трубопроводу (4).

8. Система по п. 2, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью обеспечения поглощения веществом тепловой энергии по меньшей мере в одном испарителе (31, 32) от рециркулирующих выхлопных газов в рециркуляционном трубопроводе (28).

9. Система по п. 7 или 8, отличающаяся тем, что транспортное средство содержит турбину (5), выполненную с возможностью приведения в движение выхлопными газами в выхлопном трубопроводе (4), при этом система включает в себя по меньшей мере один испаритель (38), который поглощает тепловую энергию от выхлопных газов в выхлопном трубопроводе (4) в некотором месте на выходе турбины (5), и по меньшей мере один испаритель (31, 32), который поглощает тепловую энергию от рециркулирующих выхлопных газов, которые направляются в рециркуляционный трубопровод (28) в некотором месте на входе турбины (5).

10. Система по п. 9, отличающаяся тем, что она включает в себя по меньшей мере два испарителя (31, 32), размещаемые последовательно в рециркуляционном трубопроводе (28).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для выработки электрической энергии с использованием в качестве теплоносителя нагретого воздуха. Технический результат состоит в экономии горючих материалов.

Изобретение может быть использовано в перепускных устройствах для систем утилизации отходящего тепла двигателей внутреннего сгорания. Перепускное устройство (27) системы (23) утилизации отходящего тепла содержит перепускной трубопровод с клапаном (39), датчик температуры в трубопроводе, контроллер (41) и второй клапан (47).

Изобретение может быть использовано в предпусковых и вспомогательных теплоэнергетических установках транспортных средств для одновременного производства тепла и электроэнергии.

Настоящее изобретение относится к конструкции и способу преобразования тепловой энергии в механическую энергию. Конструкция содержит линейный контур (3), средство (4) циркуляции для циркуляции хладагента в линейном контуре (3), испаритель (6), в котором хладагент предполагается испарять с помощью источника (7) тепла, турбину (9), выполненную с возможностью приведения в движение испарившимся хладагентом, конденсатор (12) и накопительный резервуар (14) для хранения хладагента, который не циркулирует в линейном контуре (3).

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Паровоздушный двигатель внутреннего сгорания содержит поршневой двигатель (1) внутреннего сгорания, барабан (2) пара высокого давления, радиатор (4), винтовой паровой двигатель (3), радиатор (4), жидкостный насос (6) высокого давления, накопительный бак (5), бак (8) подпитки и термоизоляцию корпуса двигателя (1) и барабана (2) пара высокого давления от окружающей среды.

Изобретение относится к области теплоэнергетического машиностроения и предназначено в качестве вспомогательных теплоэнергетических установок транспортных средств для поддержания их двигателей внутреннего сгорания в прогретом состоянии, нагрева воздуха в кабинах и снабжения бортовой сети электроэнергией.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Устройство (1) для выработки электрической энергии с использованием тепла отработавших газов (ОГ), образующихся при работе двигателя внутреннего сгорания, имеет генератор (3) с входным патрубком (4) для ОГ и выходным патрубком (5) для ОГ.

Изобретение относится к дизельным двигателям. Техническим результатом является повышение эффективности цикла и упрощение конструкции.

Изобретение может быть использовано в силовых установках транспортных средств, снабженных двигателями внутреннего сгорания. Силовая установка транспортного средства содержит двигатель (1) внутреннего сгорания, парогенератор (3), установленный на выпускном коллекторе (4) двигателя внутреннего сгорания, конденсатор (9), сообщенный с парогенератором, паровую турбину (6), накопитель пара (5) и обратный клапан (13), установленный перед накопителем.

Изобретение может быть использовано в силовых установках, эксплуатируемых на транспортных средствах, преимущественно на тепловозах. Силовая установка транспортного средства содержит двигатель внутреннего сгорания с турбокомпрессором, снабженным всасывающим и выхлопным патрубками и сообщенным с впускным и выпускным коллекторами двигателя.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям с турбонаддувом. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что в выпускном тракте двигателя размещается спиралеобразная трубка, в которую за счет работы насоса под давлением подается вода из расходного резервуара. Вода за счет соприкосновения спиралеобразной трубки с раскаленными выхлопными газами нагревается и превращается в перегретый пар высокого давления. Конец трубки оборудуется соплом и выводится в рабочую полость турбинного колеса для того, чтобы пар высокого давления, вырываясь из сопла, попадал на лопасти турбинного колеса. 1 ил.

Изобретение относится к энергетике. Силовая установка содержит двигатель, имеющий выхлопную линию, турбину на выхлопную линию, обходную линию, соединенную с выхлопной линией до турбины и имеющую управляемый перепускной клапан, и контроллер, служащий для управления открыванием перепускного клапана с целью обхода турбины. Двигатель работает таким образом, что мощность передается от коленчатого вала на вал турбины, и/или по меньшей мере одно из следующего: нагрузка на двигатель, частота вращения двигателя и давление в выхлопной линии находится ниже заданных уровней. Изобретение позволяет повысить эффективность работы силовой установки. 5 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к теплообменникам выхлопных газов для двигателей внутреннего сгорания. Описан теплообменник 11 выхлопных газов для соединения с потоком выхлопных газов от двигателя 5 транспортного средства, имеющий совокупность каналов 30 перенаправления выхлопных газов и несколькими каналами 32 хладагента для передачи тепла от выхлопных газов, проходящих через теплообменник 11 выхлопных газов, хладагенту, который используется для подачи тепла в кабину транспортного средства. Теплообменник 11 выхлопных газов содержит отвод 55, позволяющий использовать охлажденные выхлопные газы в системе 50 рециркуляции выхлопных газов низкого давления. Теплообменник 11 выхлопных газов, таким образом, выполняет две функции - рекуперирует тепловую энергию для использования в отопителе 2 кабины и охлаждает выхлопные газы для использования в системе 50 рециркуляции выхлопных газов низкого давления. Изобретение обеспечивает рекуперирование остаточного тепла выхлопных газов для обогрева кабины транспортного средства, обеспечивая использование охлажденных выхлопных газов в системе рециркуляции выхлопных газов низкого давления. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, применяемых на транспортных средствах. Устройство (10) управления рекуперацией тепла выхлопных газов включает в себя блок (16) регулировки рекуперируемого тепла, выполненный с возможностью регулировки количества тепла, рекуперируемого из выхлопных газов, рекуператором (12) тепла выхлопных газов, и блок (14) управления. Блок (14) управления выполнен с возможностью управления блоком (16) регулировки рекуперируемого тепла таким образом, чтобы предотвратить или устранить промерзания в выхлопной трубе на основе данных пробега автотранспортного средства, на котором устанавливают устройство управления рекуперацией тепла выхлопных газов, при прогнозировании промерзаний в выхлопной трубе. Технический результат заключается в предотвращении замерзания водного конденсата при пробеге транспортного средства и в предотвращении уменьшения выходной мощности двигателя и аномалий внутренних шумов из-за звуков выхлопа. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение может быть использовано в устройствах рекуперации тепла выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Устройство (12) рекуперации тепла выхлопных газов содержит первый трубопровод (16), по которому протекают выхлопные газы из двигателя (14), второй трубопровод (18), ответвленный от первого трубопровода (16) и включающий в себя блок (26) рекуперации тепла, позволяющий теплу выхлопных газов воздействовать на теплоноситель, клапанный элемент (34) и приводной элемент (36). Клапанный элемент (34) выполнен с возможностью регулирования скорости потока выхлопных газов во втором трубопроводе (18). Приводной элемент (36) расположен вне контакта с контуром циркуляции потока теплоносителя и снабжен энергией для нагревания воска с целью изменения объема воска при приведении в действие клапанного элемента (34). Технический результат заключается в уменьшении воздействия тепла на приводной элемент от теплоносителя. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к двигателестроению. Техническим результатом является повышение КПД. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель без сжатия содержит два или три механизма с изменяемым объемом: устройство 1 для обеспечения впуска и вытеснения и устройство 2 для обеспечения сгорания и расширения или устройство 1 для обеспечения впуска и вытеснения, устройство 2 для обеспечения сгорания и расширения и атмосферный охладитель 3. Рабочий объем газа, втянутый в устройство 1, затем вытесненный в устройство 2 по существу при постоянном объеме, проходит через регенератор 5. Газ в устройстве 2 дополнительно нагревается от сгорания топлива, затем расширяется для получения работы. Далее газ перемещается через регенератор 5 в атмосферный охладитель 3 по существу при постоянном объеме или выходит из регенератора при постоянном давлении. Объем газа уменьшается в атмосферном охладителе с выполнением атмосферной работы. После уравновешивания давления газа с атмосферным давлением его выпускают из атмосферного охладителя 3. 23 з.п. ф-лы, 12 ил.
Наверх