能量回收装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于机动车辆的能量回收装置，其包括驱动器(10)和用于利用来自驱动器(10)的废热的流体回路(12)。工作流体在流体回路(12)中循环。流体回路(12)包括热耦合到驱动器(10)以将来自驱动器(10)的废热传递到工作流体的第一热交换器(16)、膨胀机(18)和绕过膨胀机(18)并且其中布置有第二热交换器(22)的膨胀机旁路(20)。膨胀机旁路(20)。膨胀机旁路(20)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】能量回收装置


[0001]本专利技术涉及具有驱动单元和用于利用驱动单元的废热的流体回路的能量回收装置。

技术介绍

[0002]在具有燃料电池驱动器的机动车辆(特别是商用车辆)中，在燃料电池驱动器的能量产生过程中会产生废热流。这种废热流可能显著高于传统驱动器中的废热流。由于在燃料电池驱动中，废气焓流几乎可以忽略不计，并且燃料电池的效率例如平均为50％，因此可以确定的是在冷却系统中传递的废热流几乎等于产生的电功率。
[0003]US 10,252,610 B2公开了一种具有燃料电池和用于从燃料电池的废热中回收能量的朗肯(Rankine)循环的电动车辆。该系统包括膨胀机和膨胀机旁路。当车辆不行驶或不需要发电时，流过膨胀机旁路。
[0004]DE 10 2007 061 032 A1公开了一种用于内燃机的冷却回路。除冷却回路外，还设置有用于能量回收的工作回路。工作回路具有膨胀机和膨胀机旁路。在内燃机刚启动之后，当工作回路的工作介质仍为液态时，立即流过膨胀机旁路。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种替代的和/或改进的用于从驱动单元的废热中，优选地从燃料电池驱动器的废热中回收能量的技术。
[0006]该目的通过独立权利要求1的特征来实现。有利的改进示例在从属权利要求和说明书中给出。
[0007]根据一方面，公开了一种例如用于机动车辆的能量回收装置。该装置具有驱动器(例如，电驱动器)，优选为燃料电池驱动器。该装置具有用于利用驱动器的废热的流体回路。工作流体(例如，冷却流体)在流体回路中循环。流体回路具有第一热交换器，该第一热交换器热耦合到驱动器以将来自驱动器(例如，驱动器的燃料电池堆)的废热传递到工作流体。流体回路包括布置在第一热交换器的下游(例如，用于驱动发电机等)的膨胀机(例如，涡轮膨胀机、涡旋膨胀机或活塞膨胀机)。流体回路包括绕过膨胀机的膨胀机旁路，并且第二热交换器(例如，液体热交换器)布置在该膨胀机旁路中。
[0008]该装置有利地提供了回收驱动器的废热，优选为驱动器的燃料电池的废热的途径，而不管产生大量或少量的废热。例如，如果驱动器的废热较大以致于可以蒸发第一热交换器中的工作流体，则可以通过膨胀机回收能量。例如，如果驱动器的废热不足以蒸发第一热交换器中的工作流体，例如，在部分负荷或在开启驱动器时，则可以通过第二热交换器回收能量。因此，该装置还能够保护膨胀机免受(过多的)液态工作流体的影响，其中，甚至仍可以从液态的、加热的工作流体中通过第二热交换器进行能量回收。此外，可以提高整体效率。此外，可能使用的燃料电池的有效电功率可以通过有效冷却来增加。此外，通过第一热交换器在利用相变或不利用相变的情况下对驱动器进行的有效冷却可以减少驱动器的必
要的传热冷却面。
[0009]优选地，流体回路还可以包括第三热交换器(例如，冷却器或冷凝器，例如，风扇冷却型冷却器或冷凝器)，该第三热交换器可布置在例如膨胀机旁路和膨胀机的下游。
[0010]优选地，流体回路可以具有泵，该泵例如可布置在第一热交换器的上游。
[0011]在一示例性实施例中，第二热交换器热耦合到系统，以(例如，直接或间接地)将热量从工作流体传递到系统。因此，回收的能量可以被系统以特定于系统的方式使用。
[0012]在一改进示例中，该系统具有加热器、空调装置、电池温度控制装置、热泵、蓄热器和/或(例如用于将热能转换为机械能的)废热利用装置。
[0013]在另一示例性实施例中，根据驱动器的废热，流体回路可以在如下能量回收模式中操作，该模式为在工作流体在第一热交换器中发生相变(例如，蒸发)的情况下的能量回收模式，其中，在相变之后，工作流体基本上仅被供应到膨胀机。
[0014]在另一示例性实施例中，根据驱动器的废热，流体回路可以在如下能量回收模式中操作，该模式是在第一热交换器中加热工作流体但工作流体没发生相变的情况下的能量回收模式，其中，在没发生相变的加热之后，工作流体基本上仅被供应到膨胀机旁路中的第二热交换器。
[0015]在另一示例性实施例中，根据驱动器的废热，流体回路可以在如下能量回收模式中操作，该模式是工作流体在第一热交换器中发生部分相变的情况下的能量回收模式。例如，在部分相变之后，工作流体可以被部分地(例如，蒸汽部分)供应到膨胀机，并被部分地(例如，液体部分)供应到膨胀机旁路中的第二热交换器。替代地，在部分相变之后，工作流体(例如，湿蒸汽的形式)可以基本上仅被供应到膨胀机。
[0016]在一实施例中，流体回路具有阀装置，该阀装置被布置为用于调节流经膨胀机和/或膨胀机旁路的工作流体的流体流。
[0017]在一改进示例中，阀装置可以被调节到如下(例如，第一)位置，在该位置，流体流基本上仅被引导经过膨胀机旁路。替代地或补充地，阀装置可以被调节到如下(例如，第二)位置，在该位置，流体流基本上仅被引导经过膨胀机。替代地或补充地，阀装置可以被调节到如下(例如，第三)位置，在该位置，流体流被引导(例如，按比例地)流经膨胀机和(例如，按比例地)流经膨胀机旁路。
[0018]在另一实施例中，可以例如在第一位置、第二位置和第三位置之间连续地或逐步地调节阀装置。
[0019]在一变形实施例中，该装置具有控制单元，该控制单元被设计为调节阀装置(例如，将其调节到第一位置、第二位置和/或第三位置)。
[0020]优选地，术语“控制单元”可以指(例如具有(多个)微型处理器和数据存储器的)电子器件和/或机械控制器，它可以根据设计承担控制任务和/或调节任务。即使在此使用术语“控制”，其也可以适当地包括“闭环控制”或“带有反馈的控制”。
[0021]在一改进示例中，控制单元被设计为(例如，直接或间接地)根据工作流体的相、蒸汽含量和/或蒸汽量来调节阀装置。
[0022]在另一变形实施例中，控制单元被设计为当工作流体的蒸汽含量和/或蒸汽量超过预定(例如，第一)极限值(例如，第一蒸汽含量极限值和/或第一蒸汽量极限值)时，阀装置被从第一位置调节到第二位置或第三位置。替代地或补充地，控制单元被设计为当工作
流体的蒸汽含量和/或蒸汽量超过预定(例如，第二)极限值(例如，第二蒸汽含量极限值和/或第二蒸汽量极限值)时，阀装置被从第三位置调节到第二位置。替代地或补充地，控制单元被设计为当工作流体的蒸汽含量和/或蒸汽量低于预定(例如，第三)极限值(例如，第三蒸汽含量极限值和/或第三蒸汽量极限值)时，阀装置被从第二位置调节到第一位置或第三位置。替代地或补充地，控制单元被设计为当工作流体的蒸汽含量和/或蒸汽量低于预定(例如，第四)极限值(例如，第四蒸汽含量极限值和/或第四蒸汽量极限值)时，阀装置被从第三位置调节到第一位置。
[0023]在一示例性实施例中，控制单元被设计为基于来自例如布置在第一热交换器的下游的温度传感器的信号、来自例如布置在第一热交换器的下游的压力传感器的信号和/或例如布置在第一热交换器的上游的泵的泵速来确定工作流体的相、蒸气含量和/或蒸气量。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于机动车辆的能量回收装置，其具有：驱动器(10)，所述驱动器优选为燃料电池驱动器；以及流体回路(12)，所述流体回路用于利用所述驱动器(10)的废热，其中，工作流体在所述流体回路(12)中循环，并且所述流体回路(12)具有：第一热交换器(16)，所述第一热交换器热耦合到所述驱动器(10)，以用于将来自所述驱动器(10)的废热传递到所述工作流体；膨胀机(18)，所述膨胀机布置在第一热交换器(16)的下游；以及膨胀机旁路(20)，所述膨胀机旁路绕过所述膨胀机(18)，并且在所述膨胀机旁路中布置有第二热交换器(22)。2.根据权利要求1所述的装置，其中：所述第二热交换器(22)热耦合到系统(26)，以用于将来自所述工作流体的热量传递到所述系统(26)。3.根据权利要求2所述的装置，其中：所述系统(26)具有加热器、空调装置、电池温度控制装置、热泵、蓄热器和/或废热利用装置。4.根据前述任一项权利要求所述的装置，其中，所述流体回路(12)能够根据所述驱动器(10)的废热在如下能量回收模式中操作：在所述工作流体在所述第一热交换器(16)中发生相变的情况下的能量回收模式，其中，在所述相变之后，所述工作流体基本上仅被供应到所述膨胀机(18)；和/或在所述第一热交换器(16)中加热所述工作流体但所述工作流体没发生相变的情况下的能量回收模式，其中，在没发生所述相变的所述加热之后，所述工作流体基本上仅被供应到所述膨胀机旁路(20)中的所述第二热交换器(22)。5.根据前述任一项权利要求所述的装置，其中，所述流体回路(12)能够根据所述驱动器(10)的废热在如下能量模式中操作：在所述工作流体在所述第一热交换器(16)中发生部分相变的情况下的能量回收模式，其中，在所述部分相变之后，所述工作流体被部分地供应到所述膨胀机(18)，并被部分地供应到所述膨胀机旁路(20)中的所述第二热交换器(22)，或者在所述部分相变之后，所述工作流体基本上仅被供应到所述膨胀机(18)。6.根据前述任一项权利要求所述的装置，其中：所述流体回路(12)具有阀装置(30)，所述阀装置被布置为用于调节流经所述膨胀机(18)和所述膨胀机旁路(20)的所述工作流体的流体流，其中：所述阀装置(30)能够被调节到第一位置，在所述第一位置，所述流体流基本上仅被引导经过所述膨胀机旁路(20)，且/或所述阀装置(30)能够被调节到第二位置，在所述第二位置，所述流体流基本上仅被引导经过所述膨胀机(18)，且/或所述阀装置(30)能够被调节到第三位置，在所述第三位置，所述流体流被引导经过所述膨胀机(18)和所述膨胀机旁路(20...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大，
申请(专利权)人：曼卡车和巴士欧洲股份公司，
类型：发明
国别省市：