热回收系统和换热器技术方案

一种排气热回收系统，可包括壳体、阀构件和换热器。该壳体可包括入口、出口、与入口和出口连通的第一排气路径以及与入口和出口连通的第二排气路径。阀构件可被布置在壳体内并且在第一位置和第二位置之间是可移动的。在第一位置，阀构件可以允许流体流过第一排气路径，并且基本上防止流体流过第二排气路径。在第二位置，阀构件可以允许流体流过第二排气路径。换热器可与第二排气路径连通，并且可包括导管，该导管含有当阀构件处于第二位置时与排气热流通的流体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】热回收系统和换热器相关申请的交叉引用本申请要求2014年2月26日提交的第14/190，648号美国专利申请的优先权，并且还要求2013年3月5日提交的第61/772，578号美国临时申请的权益。以上申请的全部内容通过引用并入本文。专利
本公开涉及一种紧凑式换热器和一种流量控制组件，且更具体地，涉及一种汽车排气热回收系统和换热器。背景本部分提供本公开所涉及的背景信息，并不一定是现有技术。因为通过与内燃发动机相关联的排气系统丢弃的热，内燃发动机消耗的燃料中相当数量的能量(例如，大约三分之一)丢失。理想的是从流过排气系统的排气回收该热或热能用于各种目的。例如，这种回收的热能可以用于加热车辆的流体，以提供更快的客舱预热和挡风玻璃除霜。另外或可替代地，回收的热能可通过减少车辆润滑系统的摩擦和粘滞损失，例如在发动机、变速箱或驱动桥中，通过增加这些系统中相应的润滑油的温度，来用于改善燃油经济性。从排气中回收热可以对于热回收装置特别是对换热器提出技术挑战。热回收系统必须克服恶劣的操作条件(例如，热、氧化和腐蚀)，同时以最小的背压提取所需量的热。当对于紧凑的尺寸、轻的重量、低的成本的需要被要求执行到汽车时，额外的约束施加到这种情况。此外，具有在背压和传热被最小化的旁通模式的能力对于某些发动机操作条件或车辆应用可能是需要的。概述本部分提供本公开的总体概述，并不是其全部范围或其全部特征的全面公开。本公开提供了一种设置在排气流中的换热器组件，其可以从排气流中回收热能。该换热器组件可以与阀元件耦合，该阀元件被控制成调节通过换热器流路和绕过换热器流路的旁通流路中的任一个或两个的排气的流动。阀元件可以被外部致动器控制，且可以根据例如排气的工作条件、换热器的工作限制和/或热能回收的需求定位。换热器流路和旁通流路可以终止在公共收集器中，该公共收集器具有与排气系统的其余部分连接的出口。该组件可被放置在排气流中的任何位置。相对接近发动机的位置可能有潜力提供最热的排气温度给换热器，这可能会增加该组件能够回收的热能的量。然而，排气的温度越高，由于增加的热负荷，对热回收系统的耐用性越苛刻。可控的热回收组件可与内燃发动机一起使用，如在汽车中或任何其它燃烧发动机中。回收的热能可用于快速预热发动机冷却剂，以帮助更快进行挡风玻璃除霜、用于加速客舱预热的改进的HVAC(采暖、通风和空调)系统性能、和/或通过加热车辆中各种流体系统如机油和传动液降低粘滞损失以提高燃料经济性。回收的热能的进一步用途可以包括用于发电的蒸发(例如，在兰金循环系统(Rankine cycle system)中)。应当理解的是，这里公开的换热器可与热电设备一起用于从排气中的热能发电。在发动机运行的一些时期，也未必需要从排气系统中提取能量。在此期间，可能需要排气通过旁通流路。在旁通流运行期间，可能需要将来自排气的任何热量最小化地传递到工作流体。在其它运行情况下，当热提取需要时，一些或全部的排气可以转向通过包括换热器的流路。排气的路径选择可能以这样的方式来控制使得它被节流或调节到一定比例的流通过每个旁通流路和换热器流路。在一些实施方案中，控制模块可以发送电信号到驱动阀组件的致动器，以基于运行条件和各种发动机的参数和车辆系统和子系统控制和调节阀组件的位置。在一些实施方案中，热控制的致动器可被用于控制阀组件的位置。这种热控制的致动器可包括蜡阀(wax valve)、恒温装置和/或任何其它装置，该任何其它装置被配置成响应于排气、冷却剂和/或达到一个或多个预定热状态的任何其它流体来驱动阀组件。经过旁通和换热器流路的排气流的调节允许控制能够从排气回收或提取的热能的量。来自排气的热能回收例如可能需要跟随发动机的起动。在冷启动的条件下，可能需要将来自排气的热提取最大化，以例如预热发动机冷却剂、加快挡风玻璃除霜，和/或加热车辆的乘客室。发动机冷却剂的加速加热也降低了平均发动机油粘度的时间，导致在发动机的运动部件中较低的粘滞损失及降低的燃料消耗。可替代地，在高速和/或高负载的发动机运行条件下，可能需要减少或最小化来自排气的热提取，使过多的热量不必被发动机/车辆的冷却系统携带和拒绝。在一些实施方案中，本公开内容的组件将来自排气的热传递到另外的或可选择的车辆流体，例如，用于发动机、变速器、车轴，和/或差速器的润滑油，例如，和/或任何其它流体。热提取的控制也可以用于车辆中其他原因。例如，如果热提取系统位于排放设备如催化转化器或稀燃NOxK附器的上游，则它可能需要维持进入该排放设备的排气的温度在特定的温度范围内。温度范围可取决于排放设备的转换效率以及对于设备的长寿命和耐久性的服务温度限制。在这种类型的应用中，当排放设备低于运行温度时，可能需要减少或防止从排气提取热，使得排放设备尽快加热到最佳的运行温度。同样地，甚至在高发动机速度和/或负载的条件下，可能需要从排气中提取热能，以保持排放设备的运行温度低于较高的运行温度阈值，以防止排放设备的损坏和/或保持排放设备的效率。在一些形式中，本公开内容提供了一种排气热回收系统，其可以包括壳体、阀构件和换热器。该壳体可包括入口、出口、与入口和出口连通的第一排气路径以及与入口和出口连通的第二排气路径。阀构件可被布置在壳体内并且在第一位置和第二位置之间是可移动的。在第一位置，阀构件可以允许流体流过第一排气路径，并且基本上防止流体流过第二排气路径。在第二位置，阀构件可以允许流体流过第二排气路径。换热器可以与第二排气路径连通，并且可包括具有流体在其中流动的导管。当阀构件处于第二位置时，该流体可以与换热器中的排气热流通，并且当阀构件处于第一位置时，基本上可以与排气热隔离。当阀构件处于第一部分时，换热器可以基本上与第一排气路径流体隔离。在其他形式中，本公开内容提供了一种排气热回收系统，其可以包括壳体、阀构件和换热器。该壳体可包括入口、出口、与入口和出口连通的第一排气路径以及与入口和出口连通的第二排气路径。阀构件可被设置在壳体内并且在允许流体流过第一排气路径的第一位置和允许流体流过第二排气路径的第二位置之间是可移动的。换热器可以与第二排气路径连通，并且可包括具有流体在其中流动的导管。当阀构件处于第二位置时，流体可以与换热器中的排气热流通。壳体可以包括第一止动件，其当阀构件处于第一位置时与阀构件的前端接触；以及第二止动件，其当阀构件处于第一位置时与阀构件的尾端接触。前端可与第一止动件的大致背离第一排气路径的表面接触。在一些实施方案中，第一排气路径基本上与入口和出口对齐，以界定通过其的基本上线性的流路。在一些实施方案中，当阀构件处于第二位置时，阀构件至少部分界定通过换热器的大致为U形的流路，当阀构件处于第二位置时，阀构件界定进入U形的流路的入口和离开U形的流路的出口。本公开还提供了一种换热器，其在该热回收系统内运行。换热器可以采用U形的流路，当热回收系统在热回收模式下运行时，排气可流过该U形的流路。换热器的结构被设计成在苛刻的热运行条件下提供良好的耐久性，同时还提供在低压降时对于传热的良好性能。在一些实施方案中，换热器的平行冷却板以垂直于旋转阀构件旋转所围绕的轴线的方式布置。热传递翅片(heat transfer fin)可以布置在冷却板之间，以增加来自排气的传热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从内燃发动机的排气中回收热的系统，所述系统包括：主体，其包括入口、出口、与所述入口和所述出口连通的第一排气路径，以及与所述入口和所述出口连通的第二排气路径，所述主体适合于从所述内燃发动机接收排气；阀构件，其设置在所述主体内，并且在允许流体流过所述第一排气路径且限制流体流过所述第二排气路径的第一位置和允许流体流过所述第二排气路径的第二位置之间是可移动的；和换热器，其与所述第二排气路径连通，并包括彼此平行布置的第一冷却板、第二冷却板、第三冷却板和第四冷却板，所述第一冷却板和所述第二冷却板在其间界定第一工作流体腔，所述第三冷却板和所述第四冷却板在其间界定第二工作流体腔，所述第二冷却板和所述第三冷却板在其间界定第一排气通道，所述第一冷却板界定平行于所述第一排气通道的第二排气通道，所述第一排气通道和所述第二排气通道与所述第二排气路径连通。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：克莱顿·A·斯洛斯，
申请(专利权)人：威斯卡特工业有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA