Рекуперация отходящего тепла для генерации энергии и нагрева двигателя - RU2017134096A

1. Способ, в котором

в ответ на первое условие осуществляют расширение рабочей текучей среды системы рекуперации отходящего тепла посредством расширителя для генерации электроэнергии; и

в ответ на второе условие осуществляют сжатие рабочей текучей среды системы рекуперации отходящего тепла посредством расширителя для передачи тепла двигателю.

2. Способ по п. 1, в котором расширение рабочей текучей среды системы рекуперации отходящего тепла для генерации электроэнергии включает в себя вращение расширителя системы рекуперации отходящего тепла в первом направлении и генерацию электроэнергии посредством генератора, соединенного с расширителем.

3. Способ по п. 2, в котором сжатие рабочей текучей среды системы рекуперации отходящего тепла включает в себя вращение расширителя во втором направлении посредством мотора для сжатия рабочей текучей среды.

4. Способ по п. 1, в котором расширение рабочей текучей среды системы рекуперации отходящего тепла для генерации электроэнергии включает в себя:

подачу рабочей текучей среды через расширитель системы рекуперации отходящего тепла в первом направлении, в том числе подачу рабочей текучей среды от испарителя, находящегося в тепловом контакте с выхлопной системой двигателя, ко входу расширителя, через расширитель и из выхода расширителя, и преобразование расширения в электроэнергию посредством генератора, соединенного с расширителем.

5. Способ по п. 4, в котором сжатие рабочей текучей среды системы рекуперации отходящего тепла включает в себя

подачу рабочей текучей среды через расширитель во втором направлении, в том числе подачу рабочей текучей среды от испарителя к выходу расширителя, через расширитель и из входа расширителя; и

передачу тепла от сжатой рабочей текучей среды к двигателю посредством подачи сжатой рабочей текучей среды из входа расширителя в один или более теплообменников, находящихся в тепловом контакте с двигателем.

6. Способ по п. 5, в котором первое условие включает в себя температуру охлаждающей жидкости двигателя выше первого порогового значения температуры, а второе условие включает в себя температуру охлаждающей жидкости двигателя ниже первого порогового значения температуры, и в котором дополнительно при первом условии блокируют протекание рабочей текучей среды через один или более теплообменников.

7. Способ по п. 6, в котором дополнительно в ответ на температуру охлаждающей жидкости двигателя выше второго порогового значения температуры, которое выше первого порогового значения температуры, подают рабочую текучую среду через один или более теплообменников.

8. Способ по п. 5, в котором эксплуатация расширителя системы рекуперации отходящего тепла в первом направлении дополнительно включает в себя подачу рабочей текучей среды от выхода расширителя к конденсатору, от конденсатора к насосу и от насоса к испарителю.

9. Способ по п. 8, в котором эксплуатация расширителя системы рекуперации отходящего тепла во втором направлении дополнительно включает в себя подачу рабочей текучей среды от входа расширителя к одному или более теплообменникам и подачу рабочей текучей среды от одного или более теплообменников к испарителю в обход конденсатора и насоса.

10. Система рекуперации тепла отработавших газов, содержащая

один или более теплообменников системы двигателя;

испаритель, выполненный с возможностью передачи тепла от выхлопной системы двигателя к рабочей текучей среде;

насос, выполненный с возможностью выборочной подачи рабочей текучей среды к одному или более теплообменникам системы двигателя и испарителю;

расширитель/компрессор, расположенный ниже по потоку от испарителя;

конденсатор, расположенный ниже по потоку от расширителя/компрессора и выше по потоку от насоса; и

контроллер, выполненный с возможностью:

в первом режиме - сбора тепла от выхлопной системы двигателя посредством испарителя и преобразования тепла в электроэнергию посредством расширителя/компрессора, при помощи эксплуатации расширителя/компрессора в качестве расширителя, приводящего в действие мотор-генератор, и подачи расширенной рабочей текучей среды через конденсатор; и

во втором режиме - сбора тепла от выхлопной системы двигателя посредством испарителя и нагрева одного или более компонентов двигателя при помощи эксплуатации расширителя/компрессора в качестве компрессора, приводимого в действие мотором-генератором, причем рабочую текучую среду, сжатую компрессором, подают к одному или более теплообменникам системы двигателя и в обход конденсатора.

11. Система по п. 10, дополнительно содержащая

впускной трубопровод расширителя, соединяющий по текучей среде выход испарителя с расширительным входом расширителя/компрессора;

выпускной трубопровод расширителя, соединяющий по текучей среде расширительный выход расширителя/компрессора с входом конденсатора;

впускной трубопровод компрессора, соединяющий по текучей среде выход испарителя с компрессорным входом расширителя/компрессора; и

выпускной трубопровод компрессора, соединяющий по текучей среде компрессорный выход расширителя/компрессора с каналом, расположенным выше по потоку от одного или более теплообменников системы двигателя.

12. Система по п. 11, в которой в первом режиме рабочая текучая среда может протекать от испарителя к расширителю/компрессору через впускной трубопровод расширителя и от расширителя/компрессора к конденсатору через выпускной трубопровод расширителя, а во втором режиме рабочая текучая среда может протекать от испарителя к расширителю/компрессору через впускной трубопровод компрессора и от расширителя/компрессора к одному или более теплообменникам системы двигателя через выпускной трубопровод компрессора.

13. Система по п. 11, дополнительно содержащая

первый клапан, расположенный между насосом и испарителем;

второй клапан, расположенный между испарителем и расширителем/компрессором; и

третий клапан, расположенный между расширителем и конденсатором, причем контроллер выполнен с возможностью:

в первом режиме - открытия первого клапана, перевода второго клапана в первое положение второго клапана и установления, таким образом, соединения по текучей среде между насосом и входом испарителя, и между выходом испарителя и расширительным входом расширителя/компрессора через впускной трубопровод расширителя, и перевода третьего клапана в первое положение третьего клапана, и

во втором режиме - перевода второго клапана во второе положение второго клапана, перевода третьего клапана во второе положение третьего клапана и установления, таким образом, соединения по текучей среде между выходом испарителя и компрессорным входом расширителя/компрессора через впускной трубопровод компрессора, и закрытия первого клапана для блокирования соединения по текучей среде между насосом и испарителем.

14. Система по п. 13, в которой один или более теплообменников системы двигателя включают в себя первый теплообменник, находящийся в тепловом контакте с охлаждающей жидкостью двигателя, и второй теплообменник, находящийся в тепловом контакте с моторным маслом, причем система дополнительно содержит

третий клапан, расположенный выше по потоку от первого теплообменника; и

четвертый клапан, расположенный выше по потоку от второго теплообменника; причем контроллер выполнен с возможностью - в первом режиме - закрытия третьего клапана и закрытия четвертого клапана, а во втором режиме - открытия третьего клапана и открытия четвертого клапана.

15. Система по п. 10, дополнительно содержащая двигатель, содержащий множество цилиндров, выполненных с возможностью подачи отработавших газов к выхлопной системе двигателя, и трансмиссию, выполненную с возможностью приведения в движение одного или более колес, причем трансмиссия соединена с одним или более двигателями и электромотором, причем первый режим включает в себя температуру охлаждающей жидкости двигателя выше первого порогового значения температуры, а второй режим включает в себя температуру охлаждающей жидкости двигателя ниже первого порогового значения температуры, при этом контроллер выполнен с возможностью - в ответ на температуру охлаждающей жидкости двигателя выше второго порогового значения температуры, которое выше первого порогового значения температуры, - охлаждения одного или более компонентов двигателя посредством подачи рабочей текучей среды от конденсатора через один или более теплообменников системы двигателя.

16. Способ, в котором

в ответ на температуру двигателя выше порогового значения температуры эксплуатируют систему рекуперации отходящего тепла отработавших газов в режиме генерации энергии для расширения рабочей текучей среды системы рекуперации отходящего тепла отработавших газов посредством направления рабочей текучей среды через вход расширителя к выходу расширителя и генерируют электроэнергию посредством вращения расширителя в первом направлении; и

в ответ на температуру двигателя ниже пороговой температуры эксплуатируют систему рекуперации отходящего тепла отработавших газов в режиме нагрева для передачи тепла отработавших газов двигателю посредством направления рабочей текучей среды через выход расширителя ко входу расширителя и сжимают рабочую текучую среду посредством расширителя, эксплуатируемого во втором направлении, противоположном первому направлению.

17. Способ по п. 16, в котором генерация электроэнергии посредством вращения расширителя в первом направлении включает в себя генерацию электроэнергии посредством мотора-генератора, работающего в режиме генератора и соединенного с расширителем, и накопление электроэнергии в устройстве накопления энергии.

18. Способ по п. 17, в котором сжатие рабочей текучей среды посредством расширителя, эксплуатируемого во втором направлении, включает в себя вращение расширителя посредством мотора-генератора, работающего в режиме мотора.

19. Способ по п. 18, в котором дополнительно направляют сжатую рабочую текучую среду от входа расширителя к одному или более теплообменникам, находящимся в тепловом контакте с двигателем.

20. Способ по п. 15, в котором дополнительно

направляют рабочую текучую среду через испаритель системы рекуперации отходящего тепла отработавших газов, находящийся в тепловом контакте с выхлопной системой двигателя;

в ответ на температуру двигателя выше порогового значения температуры направляют рабочую текучую среду от испарителя ко входу расширителя; и

в ответ на температуру двигателя ниже порогового значения температуры направляют рабочую текучую среду от испарителя к выходу расширителя.