Устройство аккумулирования тепла для двигателя, система для двигателя и система переноса тепла для двигателя
Предложена система регенерации тепла для двигателя, в которой используется блок аккумулирования тепла, выполненный с возможностью аккумулирования потерянного тепла отработавших газов для последующего использования при запуске двигателя в различных системах. Таким образом, улучшенная работа системы может быть получена посредством повторного использования такого потерянного тепла. (Фиг.1)
2420-192069RU/030
УСТРОЙСТВО АККУМУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ, СИСТЕМА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ И СИСТЕМА ПЕРЕНОСА ТЕПЛА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ
ОПИСАНИЕ
Уровень техники
Транспортные средства могут регенерировать тепло отработавших газов для передачи в различные другие системы в двигателе внутреннего сгорания (см., например, патент США 6464027, B60H 1/00, 15.10.2002).
Сущность полезной модели
Авторы в материалах настоящей заявки осознали различные проблемы у таких систем по той причине, что имеющееся в распоряжении компоновочное пространство для аккумулирования потерянного тепла является ограниченным, и отсутствует дополнительная подходящая координация среди различных компонентов транспортного средства. Примерными подходами для принятия мер в ответ на вышеприведенные проблемы являются устройство аккумулирования тепла для двигателя, система для двигателя и система переноса тепла для двигателя.
Согласно одному аспекту устройство аккумулирования тепла для двигателя содержит входной канал, термически присоединяющий устройство аккумулирования тепла к выпускному каналу, стопу подвергающихся фазовому превращению материалов, расположенную радиально вокруг центрального питающего канала, при этом стопа расположена во внутренней части резервуара с двойной стенкой, и выходной канал, термически присоединяющий устройство аккумулирования тепла к другой системе двигателя.
Входной канал предпочтительно присоединен к концу устройства аккумулирования тепла в расположенном в центре положении.
Выходной канал предпочтительно присоединен к другому противоположному концу устройства аккумулирования тепла, при этом выходной канал находится в расположенном на верхней периферии положении.
Устройство предпочтительно дополнительно содержит вакуумный канал в сообщении по текучей среде с вакуумным пространством резервуара с двойной стенкой.
Двойная стенка предпочтительно включает в себя наружные стенки и внутренние стенки, при этом вакуумная рубашка расположена между наружными стенками и внутренними стенками.
Входной канал и выходной канал предпочтительно включают в себя наружные стенки, внутренние стенки и вакуумное пространство между наружными стенками и внутренними стенками, при этом вакуумное пространство находится в сообщении по текучей среде с вакуумной рубашкой.
Согласно другому аспекту система для двигателя содержит теплообменник в сообщении по текучей среде с выпускным каналом, устройство аккумулирования тепла, включающее в себя подвергающийся фазовым превращениям материал, первую трубку, термически присоединяющую теплообменник к устройству аккумулирования тепла, и вторую трубку, термически присоединяющую устройство аккумулирования тепла к другой системе двигателя.
Первая и вторая тепловые трубки предпочтительно включают в себя подвергающийся фазовым превращениям материал.
Подвергающийся фазовым превращениям материал устройства аккумулирования тепла предпочтительно расположен радиально вокруг центрального питающего канала.
Устройство аккумулирования тепла предпочтительно включает в себя более чем один подвергающийся фазовым превращениям материал, при этом каждый подвергающийся фазовым превращениям материал имеет разную температуру фазового перехода.
Устройство аккумулирования тепла предпочтительно является резервуаром с двойной стенкой, включающим в себя внутренний резервуар и наружный резервуар, разделенные вакуумной рубашкой.
Система предпочтительно дополнительно содержит множество противолучевых пленок, расположенных в вакуумной рубашке.
Система предпочтительно дополнительно содержит вакуумный канал, присоединяющий по текучей среде вакуумную рубашку к вакуумному насосу.
Устройство аккумулирования тепла предпочтительно наклонено на 5 градусов от горизонтали, при этом другая система является отдельной от теплообменника и устройства аккумулирования тепла, причем только вторая тепловая трубка присоединяет другую систему к устройству аккумулирования тепла, при этом, другая система включает в себя трубопровод текучей среды, отдельный от второй тепловой трубки, причем трубопровод текучей среды находится в тепловом контакте со второй тепловой трубкой в положении, совпадающем с другим теплообменником, при этом другой теплообменник является местоположением, в котором перенос тепла происходит между второй тепловой трубкой и трубопроводом текучей среды, причем другая система выбрана из группы, состоящей из системы отопления салона, системы охлаждения и системы трансмиссии.
Согласно еще одному аспекту система переноса тепла для двигателя содержит теплообменник, присоединенный к выпускному каналу ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов, устройство аккумулирования тепла, присоединенное к теплообменнику через вход, включающее в себя цилиндрическую стопу, расположенную между двумя удерживающими пластинами, и выход, присоединяющий устройство аккумулирования тепла к другой системе двигателя.
Устройство аккумулирования тепла предпочтительно является резервуаром с двойной стенкой, включающим в себя внутренние стенки, наружные стенки и вакуумную рубашку между внутренними и наружными стенками.
Стопа предпочтительно окружает по периферии центральный питающий канал, который подает текучую среду переноса тепла в устройство аккумулирования тепла.
Система предпочтительно дополнительно содержит одну или более пружин, присоединенных к одной удерживающей пластине и внутренним стенкам резервуара с двойной стенкой.
Вход и выход предпочтительно включают в себя двойные стенки с вакуумным пространством между внутренними и наружными стенками, при этом вакуумное пространство является непрерывным с вакуумной рубашкой.
Следует понимать, что сущность полезной модели, приведенная выше, предоставлена для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании полезной модели. Она не идентифицирует ключевые или существенные признаки заявленного предмета полезной модели, объем которой однозначно определен формулой полезной модели, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет полезной модели не ограничен вариантами осуществления, которые решают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.
Краткое описание чертежей
Фиг.1A-1B представляют собой схематичный вид примерного устройства аккумулирования тепла, которое может быть включено в систему выпуска.
Фиг.1C представляет собой схематичный вид примерного теплообменника, который может быть присоединен к устройству аккумулирования тепла по фиг.1A-1B.
Фиг.2 представляет собой схематичный вид примерной системы регенерации тепла, включающей в себя устройство аккумулирования тепла по фиг.1A-1B.
Фиг.3 представляет собой схематичный вид примерного способа для приведения в действие системы регенерации тепла по фиг.2.
Подробное описание полезной модели
Последующее описание относится к устройству аккумулирования тепла системы переноса тепла, включающей в себя подвергающиеся фазовым превращениям материалы, которые расположены таким образом, чтобы тепловая энергия из системы выпуска могла регенерироваться. Примерные компоновки, описанные в материалах настоящей заявки, позволяют тепловой энергии возможность регенерироваться и аккумулироваться, например, для более позднего отопления пассажирского отделения.
Как указано, система переноса тепла может использовать устройство аккумулирования тепла для переноса тепла, даже когда двигатель не находится в действии. Например, устройство аккумулирования тепла может находиться в сообщении по текучей среде с компонентом системы выпуска, находящимся ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов, к примеру, через теплообменник. Таким образом, тепло может переходить из устройства аккумулирования тепла даже после того, как двигатель больше не находится в действии. Например, устройство аккумулирования тепла может быть изолировано, чтобы аккумулировать тепло, регенерированное из системы выпуска, которое может иметься в распоряжении для немедленного использования при запуске двигателя.
Дополнительно, система переноса тепла может включать в себя различные текучие среды переноса тепла для выделения тепловой энергии из системы выпуска в многообразии разных условий эксплуатации. Таким образом, тепловая энергия может регенерироваться из системы выпуска, чтобы выдавать тепло в различные другие системы, такие как система отопления салона, системы смазки и/или другие компоненты системы выпуска, если требуется.
Кроме того, примерные системы предусматривают более простую и более компактную конструкцию по сравнению с традиционными конструкциями. Например, устройство аккумулирования тепла может выдавать тепло в систему отопления салона при запуске двигателя, как предложено выше. Посредством присоединения устройства аккумулирования тепла к компоненту системы выпуска ниже по потоку от каталитического нейтрализатора, система отопления салона может выдавать тепло в пассажирский салон при запуске двигателя, не полагаясь на систему охлаждения, а потому, не ожидая, чтобы система охлаждения прогревалась при запуске двигателя. Кроме того, система может выдавать аккумулированное тепло в систему отопления салона, не задерживая розжиг каталитического нейтрализатора отработавших газов, как описано выше.
Фиг.1A и 1B показывают устройство 100 аккумулирования тепла согласно варианту осуществления настоящего раскрытия. Фиг.1A показывает внешний вид в перспективе, а фиг.1B вид в поперечном разрезе в перспективе устройства 100 аккумулирования тепла вдоль плоскости B. Фиг.1 показывает примерный обходной теплообменник, который может быть присоединен к устройству 100 аккумулирования тепла.
Со ссылкой на фиг.1A, устройство 100 аккумулирования тепла может иметь цилиндрическую форму. Другими словами, устройство 100 аккумулирования тепла может иметь круглое поперечное сечение. Кроме того, устройство 100 аккумулирования тепла может быть наклонено под углом 101 от горизонтали. Такой угол может содействовать эффективному переносу тепла через устройство. В качестве используемого в материалах настоящей заявки, горизонталь указывает ссылкой на землю, по которой передвигается транспортное средство. Например, фиг.1A показывает горизонтальную ось 102 и вертикальную ось 104. Вертикальная ось может быть перпендикулярной горизонтальной оси. Поэтому, вертикальная ось может быть перпендикулярной земле, по которой передвигается транспортное средство. Как показано, устройство 100 аккумулирования тепла может быть наклонено под углом 101 от горизонтальной оси 102. В некоторых вариантах осуществления, устройство 100 аккумулирования тепла может быть наклонено на 5° от горизонтали; однако, следует понимать, что другие углы возможны, не выходя из объема этого раскрытия. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, устройство 100 аккумулирования тепла может не быть наклонным. Например, устройство 100 аккумулирования тепла может находиться в уровне по горизонтали. Другими словами, угол 101 может иметь значение ноль градусов.
Как показано, устройство 100 аккумулирования тепла включает в себя входной канал 106 и выходной канал 108. Входной и выходной каналы могут нести текучую среду переноса тепла. Кроме того, устройство аккумулирования тепла может вмещать подвергающийся фазовым превращениям материал (PCM).
Входной канал 106 может быть присоединен к устройству 100 аккумулирования тепла в центральном положении. Например, входной канал 106 может быть присоединен к первому концу 110 устройства 100 аккумулирования тепла в центральном положении. Другими словами, входной канал 106 может иметь центральную ось 112, которая является общей с центральной осью конца 110, а кроме того, общей с центральной осью устройства 100 аккумулирования тепла. Входной канал 106 может быть выполнен с возможностью подачи тепла в устройство 100 аккумулирования тепла, например, регенерированного из системы выпуска. В некоторых вариантах осуществления, текучая среда переноса тепла входного канала 106 может быть присоединена к насосу (не показан), чтобы вызывать движение текучей среды переноса тепла. Кроме того, обходной теплообменник может быть расположен выше по потоку от входного канала 106. Такой теплообменник дополнительно обсужден со ссылкой на фиг.1C. Кроме того, входной канал 106 может включать в себя часть, которая тянется во внутреннюю часть 114 устройства 100 аккумулирования тепла.
Выходной канал 108 может быть присоединен к устройству 100 аккумулирования тепла в верхнем положении. Например, выходной канал 108 может быть присоединен к второму концу 116 устройства 100 аккумулирования тепла в верхнем положении. Другими словами, выходной канал 108 может иметь центральную ось 118, которая находится на расстоянии 120 от общей центральной оси 112 в вертикальном направлении (например, по вертикальной оси 104). Таким образом, выходной канал 108 скорее расположен по направлению к периферии конца 116, нежели расположен по центру, чтобы преимущественно снижать накапливание пузырьков в текучей среде переноса тепла. Однако, в некоторых вариантах осуществления, выходной канал 108 может быть расположен по центру на конце 116, если требуется. Выходной канал 108 может быть выполнен с возможностью переноса тепла из устройства 100 аккумулирования тепла в другую систему транспортного средства. Например, выходной канал 108 может переносить аккумулированное тепло в систему отопления салона, систему охлаждения, систему смазки и/или другую систему транспортного средства. Кроме того, выходной канал 108 может включать в себя часть, которая тянется во внутреннюю часть 114 устройства 100 аккумулирования тепла.
Как показано, устройство 100 аккумулирования тепла включает в себя вакуумный канал 122. Например, вакуумный канал 122 может быть присоединен к устройству 100 аккумулирования тепла на конце 116. Вакуумный канал 122 может быть присоединен как к устройству 100 аккумулирования тепла, так и вакуумному насосу (не показан). Например, в некоторых вариантах осуществления, устройство 100 аккумулирования тепла может включать в себя вакуумную рубашку, а вакуумный канал 122 может быть трубопроводом для разрежения воздушного пространства внутри вакуумной рубашки. Таким образом, давление внутри по меньшей мере участка внутренней части 114 может быть пониженным. В некоторых вариантах осуществления, давление в пределах внутренней части 114 может быть понижено до 1 микробар или менее.
Фиг.1B показывает вид в перспективе внутренней части устройства 100 аккумулирования тепла. Как показано, устройство 100 аккумулирования тепла может быть снабжено двойной стенкой. Другими словами, устройство 100 аккумулирования тепла может включать в себя наружный резервуар 124 и внутренний резервуар 126. Например, устройство аккумулирования тепла может включать в себя наружные стенки 128 и внутренние стенки 130. Кроме того, устройство аккумулирования тепла может включать в себя вакуумную рубашку, расположенную между наружными стенками 128 и внутренними стенками 130. Как описано выше, вакуумный канал 122, наряду с вакуумным насосом, может высасывать воздух из вакуумной рубашки 132, из условия чтобы давление внутри вакуумной рубашки 132 снижалось.
Вакуумная рубашка 132 может удерживать пониженное давление вокруг наружной стороны внутреннего резервуара 126, когда приложен вакуум. Посредством применения вакуума, водяной пар и другие газообразные соединения могут эвакуироваться с поверхностей изолирующих слоев, в то время как горячая текучая среда прокачивается через каналы текучей среды переноса тепла. Кроме того, вакуумная рубашка 132 может включать в себя одну или более противолучевых пленок 134, которые снижают потерю тепла в окружающую среду посредством излучения.
Следует понимать, что вид в перспективе по фиг.1B показывает продольный разрез устройства 100 аккумулирования тепла, таким образом, следует понимать, что наружные стенки 128, внутренние стенки 130 и вакуумная рубашка 132 тянутся по периферии вокруг периметра устройства 100 аккумулирования тепла и, например, в продольном направлении вдоль оси 112.
Кроме того, по меньшей мере часть входного канала 106 и выходного канала 108 может быть снабжена двойной стенкой и включать в себя вакуумное пространство. Например, участки 136 наружной стороны устройства 100 аккумулирования тепла могут быть снабжены двойной стенкой подобно внутреннему и наружному резервуарам. Кроме того, вакуумные пространства входного и выходного каналов могут сливаться с вакуумной рубашкой 132 устройства аккумулирования тепла.
Устройство 100 аккумулирования тепла может включать в себя одну или более осевых опор 140. Осевые опоры 140 могут присоединять внутренний резервуар 126 к наружному резервуару 124, из условия чтобы внутренние резервуары были подвешены и поддерживались внутри наружного резервуара. Как показано, осевые опоры 140 могут быть присоединены к наружным стенкам 128 и внутренним стенкам 130, и таким образом, могут быть расположены внутри вакуумной рубашки 132. Осевые опоры могут состоять из материала с низкими теплопроводными свойствами. Например, осевые опоры 140 могут состоять из титана или композита, включающего в себя титан или другой материал с низкими теплопроводными свойствами. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, осевые опоры могут быть перфорированными, чтобы дополнительно снижать потери тепла в окружающую среду.
Кроме того, внутренний резервуар дополнительно и/или в качестве альтернативы может поддерживаться радиальными опорами 142. Такие радиальные опоры могут быть расположены по кругу в различных положениях. Как показано, радиальные опоры 142 могут быть присоединены к наружным стенкам 128 и внутренним стенкам 130, и таким образом, могут быть расположены внутри вакуумной рубашки 132. Подобно осевым опорам, радиальные опоры 142 могут состоять из титана или композита, включающего в себя титан или другой материал с низкими теплопроводными свойствами. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, радиальные опоры могут быть перфорированными, чтобы дополнительно снижать потери тепла в окружающую среду.
Как показано, устройство 100 аккумулирования тепла включает в себя осевые опоры на конце 110, одну осевую опору на конце 116 и четыре радиальных опоры 142. Следует понимать, что показанное количество осевых и радиальных опор является неограничивающим примером, и другое количество опор и/или другая конфигурация опор возможны, не выходя из объема этого раскрытия. Опоры предусмотрены, чтобы проиллюстрировать общую концепцию конфигурации, дающей устройству 100 аккумулирования тепла возможность выдерживать силы гравитационного ускорения, которые могут возникать, когда устройство 100 аккумулирования тепла жестко присоединено к кузову транспортного средства.
Устройство 100 аккумулирования тепла дополнительно может включать в себя стопу 144 подвергающихся фазовому превращению материалов (PCM), поддерживаемую между удерживающими пластинами 146 посредством одной или более пружин 148. Стопа 144 PCM может включать в себя множество элементов 150 PCM, расположенных радиально вокруг центрального питающего канала 152. В некоторых вариантах осуществления, конфигурация стопы PCM является такой, чтобы стопа PCM удерживала 80% аккумулированного тепла в течение по меньшей мере 16 часов, которое может использоваться в качестве источника тепла при запуске двигателя для нагревания пассажирского салона, как описано выше. Кроме того, тепло, аккумулированное в стопе 144 PCM, может быть предназначено для нагревания пассажирского салона или другой системы двигателя без запуска двигателя. Например, опорожнение стопы PCM может инициироваться удаленно, и не обязательно должно совпадать с запуском двигателя. Однако, опорожнение стопы PCM может инициироваться удаленно наряду с запуском двигателя, например, с использованием дистанционного пускателя для запуска двигателя 12.
Множество элементов 150 PCM включает в себя подвергающийся фазовым превращениям материал, способный к накоплению большого количества тепла в виде скрытой теплоты плавления. Поскольку множество элементов 150 PCM окружены конфигурацией с двойной стенкой, способности аккумулирования тепла усиливаются. Другими словами, конфигурация с двойной стенкой действует подобно термосу для удерживания тепла в пределах множества элементов 150 PCM. В некоторых вариантах осуществления, каждый элемент PCM может включать в себя один и тот же подвергающийся фазовым превращениям материал и, таким образом, стопа PCM может иметь одну температуру фазового перехода. В других вариантах осуществления, стопа PCM может включать в себя элементы PCM с разными подвергающимися фазовым превращениям материалами, при этом, каждый другой подвергающийся фазовым превращениям материал имеет разную температуру фазового перехода. В таком примере, время для зарядки стопы PCM может быть уменьшено. Другими словами, может быть сокращено время, чтобы стопа PCM достигала максимального потенциала аккумулирования тепла.
Как показано, текучая среда переноса тепла может подаваться в стопу 144 PCM через входной канал 106 с центральным расположением, а кроме того, через центральный питающий канал 152. Таким образом, следует понимать, что входной канал 106 находится в сообщении по текучей среде с центральным питающим каналом 152. Таким образом, текучая среда переноса тепла течет радиально от центра питающего канала 152 во множество элементов 150 PCM. Текучая среда переноса тепла выходит из устройства аккумулирования тепла через выходной канал 108, расположенный в верхнем положении, как описано выше.
По мере того как текучая среда переноса тепла протекает через стопу PCM, происходит падение давления. Для снижения падения давления, входной канал 106 и выходной канал 108 являются прямыми. Другими словами, входной канал 106 и выходной канал 108 не включают в себя изгибов. Кроме того, входной канал 106 и выходной канал 108 не включают в себя рифлений.
Вследствие отсутствия рифлений, скорость потери тепла может потенциально возрастать. Однако, поскольку входной и выходной каналы включают в себя вакуумное пространство вокруг периферии этих каналов, такая потенциальная возможность для потери тепла снижается.
Как показано, удерживающие пластины 146 могут быть расположены на обеих сторонах стопы 144 PCM. Например, удерживающая пластина 146 может быть расположена ближайшей к концу 110, а другая удерживающая пластина 146 может быть расположена ближайшей к концу 116. Удерживающие пластины 146 могут быть круглой формы и могут иметь диаметр, который приблизительно равен диаметру стопы 144 PCM. В качестве еще одного примера, удерживающие пластины 146 могут иметь больший диаметр или меньший диаметр, чем стопа 144 PCM. Удерживающие пластины могут быть присоединены к внутреннему резервуару через одно или более расширений пластины с окнами 154 для обеспечения HTF возможности достижения выхода 108. Шесть осевых стержней (не показаны) обеспечивают удержание стопы PCM в радиальном направлении и направлении по окружности. Стержни приварены к удерживающим пластинам. По существу, стопа PCM удерживается внутри внутреннего резервуара 126, чтобы снижать потенциальную возможность для скольжения и/или поворачивания элемента стопы во время работы транспортного средства.
Кроме того, одна или более пружин 148 дополнительно могут поддерживать положение стопы PCM. Как показано, одна или более пружин 148 могут быть расположены ближайшими к концу 116 между удерживающей пластиной 146 и внутренними стенками 130. Пружины 148 могут быть выполнены с возможностью обеспечения надлежащего контакта между элементами PCM во время теплового расширения и теплового сжатия, которые являются следствием нагревания и охлаждения текучей среды переноса тепла. В некоторых вариантах осуществления, пружины 148 могут иметь объединенную силу в 100 Ньютон или выше, чтобы поддерживать надлежащий контакт между элементами PCM. Как показано на фиг.1B, устройство 100 аккумулирования тепла может включать в себя пять пружин; однако, устройство аккумулирования тепла может включать в себя больше, чем пять пружин, или меньше, чем пять пружин, если требуется.
Фиг.1C схематично показывает теплообменник 156, термически присоединенный к выпускному каналу 14. В некоторых вариантах осуществления, теплообменник 156 может быть термически присоединен к выпускному каналу 14 в положении между двигателем 12 и одним или более выпускных устройств 16 снижения токсичности отработавших газов. Например, теплообменник 156 может быть термически присоединен к выпускному каналу 14 выше по потоку от окислительного нейтрализатора, такого как дизельный окислительный нейтрализатор (DOC). Теплообменник 156 может быть присоединен по текучей среде к устройству 100 аккумулирования тепла через входной канал 106. Например, теплообменник 156 может быть термически присоединен к входному каналу 106 в положении выше по потоку от устройства 100 аккумулирования тепла. В некоторых вариантах осуществления, теплообменник 156 может быть областью испарения для извлечения тепла из теплового канала 14 и подачи упомянутого тепла в устройство 100 аккумулирования тепла через входной канал 106. Например, теплообменник 156 может включать в себя систему труб переноса тепла, которая несет текучую среду переноса тепла, подаваемую насосом с приводом от двигателя для осуществления потока внутри системы труб. В качестве еще одного примера, система труб переноса тепла может нести текучую среду переноса тепла, подаваемую насосом с электроприводом для осуществления потока внутри системы труб. Такая конфигурация системы труб переноса тепла может быть присоединена по текучей среде к входному каналу 106. В качестве одного из примеров, текучая среда переноса тепла системы труб может быть той же самой текучей средой переноса тепла входного канала 106. В качестве еще одного примера, текучая среда переноса тепла системы труб может быть текучей средой переноса тепла, иной чем текучая среда переноса тепла входного канала 106.
В некоторых вариантах осуществления, теплообменник 156 является теплообменником из жидкости в жидкость. В других вариантах осуществления, теплообменник 156 мог бы быть теплообменником из газа в жидкость или из газа в термосифон.
Кроме того, выпускной канал 14 может включать в себя перепускной клапан 158, который направляет поток отработавших газов через теплообменник 156. Перепускной клапан 158 показан в положении обхода (например, закрытом положении) на фиг.1C. Перепускной клапан 158 может приводиться в действие посредством контроллера, или перепускной клапан 158 может быть пассивным клапаном, если требуется. Перепускной клапан 158 может находиться в открытом положении (например, отработавшие газы не отводятся в теплообменник 156), когда противодавление отработавших газов достигает порогового значения. Например, перепускной клапан 158 может быть закрыт при больших потоках отработавших газов и/или высоких температурах отработавших газов. По существу, перепускной клапан 158 может снижать потери мощности на выходе двигателя, а потому, может снижать потребление топлива.
Следует понимать, что раскрытая система может включать в себя более чем один теплообменник. Например, теплообменник может быть расположен выше по потоку от входного канала 106, и один или более теплообменников могут быть расположены ниже по потоку от выходного канала 108. Например, теплообменник может быть расположен на границе раздела между системой регенерации тепла и другой системой транспортного средства. Такая конфигурация подробнее описана со ссылкой на фиг.2.
Следует понимать, что фиг.1A-1C показаны в упрощенной форме, и что многочисленные варианты возможны, не выходя из объема этого раскрытия. Кроме того, устройство 100 аккумулирования тепла может включать в себя дополнительные и/или альтернативные компоненты, нежели проиллюстрированные на фиг.1A и 1B. Кроме того еще, следует понимать, что устройство 100 аккумулирования тепла предусмотрено для иллюстрации общей концепции и, соответственно, многочисленные геометрические конфигурации возможны, не выходя из объема этого раскрытия.
Фиг.2 схематично показывает систему 200 регенерации тепла, включающую в себя устройство 100 аккумулирования тепла и множество теплообменников. Фиг.2 включает в себя аналогичные признаки, как фиг.1, и одинаковые признаки указаны общими номерами ссылки. Такие признаки ради краткости повторно обсуждаться не будут.
Как показано, система 200 регенерации тепла включает в себя теплообменник 156 для регенерации тепла из системы 10 выпуска, как описано выше. Система 200 регенерации тепла дополнительно может включать в себя один или более дополнительных теплообменников 202. Теплообменники 202 могут переносить тепло между системой 200 регенерации тепла и другой системой 203 двигателя. Например, теплообменники 202 могут переносить тепло в систему 204 охлаждения, систему 228 отопления салона и/или систему 206 трансмиссии. Другими словами, теплообменники 202 могут быть термически присоединены (например, в тепловом контакте) с текучей средой системы 204 охлаждения, системой 228 отопления салона и/или системой 206 трансмиссии для переноса тепла в каждую соответственную систему.
Следует понимать, что системы 203 двигателя являются системами, отдельными от системы 200 регенерации тепла и системы 10 выпуска. По существу, системы 203 двигателя включают в себя компоненты, которые являются отдельными от компонентов системы 200 регенерации тепла и системы 10 выпуска. Таким образом, системы 203 двигателя не включают в себя теплообменник 156, теплообменники 202, устройство 100 аккумулирования тепла или другой компонент системы 200 регенерации тепла и системы 10 выпуска. Например, система 228 отопления салона может включать в себя активную зону отопителя и вентилятор, при этом, активная зона отопителя и вентилятор являются отдельными от системы регенерации тепла и системы выпуска. Таким образом, следует понимать, что трубопровод текучей среды (например, канал охлаждающей жидкости) каждой системы 203 двигателя находится в тепловом контакте с системой 200 регенерации тепла, например, только в положении, совпадающем с теплообменником 202. Таким образом, перенос тепла происходит на теплообменнике.
Следует понимать, что один или более теплообменников могут быть теплообменниками из газа в жидкость и/или из газа в термосифон. Как показано, теплообменники 202 могут быть термически присоединены к системе двигателя параллельно. В некоторых вариантах осуществления, теплообменники 202 могут быть термически присоединены к каждой из систем двигателя последовательно. Например, текучая среда переноса тепла может течь через последовательность теплообменников 202, присоединенных по текучей среде к общему каналу текучей среды переноса тепла.
Как показано, текучая среда переноса тепла (HTF) может течь через теплообменник и может термически переносить тепло в текучую среду одной или более из вышеупомянутых систем. Стрелки 208 в целом указывают направление потока HTF, а стрелки 210 в целом указывают направление потока текучей среды для каждой системы двигателя. Насос 212 может приводить в движение поток HTF через систему 200 регенерации тепла. Как показано, насос 212 расположен выше по потоку от теплообменника 156; однако, другое положение возможно, не выходя из объема этого раскрытия. Кроме того, следует понимать, что система 204 охлаждения, система 228 отопления салона и/или система 206 трансмиссии могут иметь другой приводной механизм для приведения в движение потока текучей среды через каждую соответствующую систему. Например, каждая система 203 двигателя может иметь насос, подобный насосу 212, присоединенный по текучей среде к потоку текучей среды.
Система 200 регенерации тепла, кроме того, может включать в себя один или более клапанов 214 управления, один или более клапанов 216 регулируемого положения, один или более коллекторов, таких как коллектор 218 и коллектор 220, и расширительное устройство 222.
Клапаны 214 управления могут приводиться в действие контроллером (не показан), чтобы регулировать поток HTF через систему 200 регенерации тепла. Как показано, клапан управления может быть расположен выше по потоку от одного из теплообменников 202, выше по потоку от устройства 100 аккумулирования тепла и/или в другом положении в пределах системы 200 регенерации тепла, чтобы регулировать поток HTF. В зависимости от рабочего состояния транспортного средства, один или более клапанов управления могут приводиться в действие для регулирования температуры HTF. Например, когда один или более клапанов управления закрываются, объем циркулирующей HTF может снижаться, из условия чтобы HTF могла быстрее увеличивать температуру.
Кроме того, температура HTF может регулироваться посредством приведения в действие регулируемого клапана 216 управления. Такой клапан управления может приводиться в действие для открывания в меняющейся степени, чтобы изменять поток текучей среды HTF, проходящей через регулируемый клапан 216 управления. Как показано, регулируемый клапан 216 управления расположен выше по потоку от коллектора 220 и включен в обходной контур 224. Обходной контур 224 может обходить устройство 100 аккумулирования тепла. Поэтому, обходной контур 224 может обеспечивать возможность циркуляции HTF, не проходя через устройство 100 аккумулирования тепла. Например, чтобы сберегать тепло, накопленное в устройстве 100 аккумулирования тепла, регулируемый клапан 216 управления может регулироваться, чтобы обеспечивать протекание потока текучей среды HTF через обходной контур 224. Другими словами, обходной контур 224 может быть контуром смешивания, который смешивает более холодную текучую среду HTF с более теплой текучей средой HTF, которая циркулирует через теплообменник 156, устройство 100 аккумулирования тепла и/или один или более теплообменников 202. Посредством смешивания HTF, циркулирующей через обходной контур 224, с другим потоком циркулирующей HTF, общая температура циркулирующей HTF может снижаться.
Кроме того еще, температура HTF может регулироваться посредством направления потока циркулирующей HTF через обходной контур 226. Например, обходной контур 226 может быть контуром подъема температуры отработавших газов, и обходной контур 226 может быть контуром тепловой подзарядки, в зависимости от рабочего состояния двигателя 12 и/или теплоемкости устройства 100 аккумулирования тепла. Например, обходной контур 226 может функционировать в качестве контура подъема температуры отработавших газов, когда устройство 100 аккумулирования тепла удерживает тепловой заряд, а температура отработавших газов ниже порогового значения. Кроме того, теплообменник 156 может быть расположен выше по потоку от одного или более выпускных устройств снижения токсичности отработавших газов, и устройство 100 аккумулирования тепла может выпускать нагретую HTF, которая должна подаваться в теплообменник 156. Таким образом, нагретая HTF может циркулировать только через обходной контур 226 для повышения температуры потока отработавших газов, из условия чтобы снижалось время для достижения розжига каталитического нейтрализатора.
Кроме того, в качестве контура тепловой подзарядки, обходной контур 226 может извлекать тепло из потока отработавших газов, чтобы подзаряжать устройство 100 аккумулирования тепла. Таким образом, HTF может протекать только через контур 225 тепловой подзарядки, чтобы увеличивать температуру HTF посредством теплообменника 156. Таким образом, HTF может нагреваться потоком отработавших газов для подзарядки теплоемкости устройства 100 аккумулирования тепла. Может быть полезным подзаряжать устройство 100 аккумулирования тепла таким образом, когда температура устройства аккумулирования тепла находится ниже порогового значения. Например, после того, как устройство аккумулирования тепла опорожнило свою теплоемкость, и/или после того, как различные системы двигателя достаточно разогреты.
Другими словами, один или более клапанов 214 управления, расположенных выше по потоку от теплообменников 202, могут закрываться для снижения объема циркулирующей HTF, и/или клапаны 216 управления с регулируемым положением также могут закрываться, из условия чтобы циркулирующая HTF проходила только через обходной контур 226, теплообменник 156 и устройство 100 аккумулирования тепла. Способ для регулирования потока HTF через систему 200 регенерации тепла посредством приведения в действие одного или более клапанов управления описан со ссылкой на фиг.3.
Как показано, коллекторы 218 и 220 могут быть расположены в системе 200 регенерации тепла, где сливается более чем одна трубка, несущая текучую среду HTF. Например, коллектор 218 может быть выполнен с возможностью приема текучей среды HTF из одной трубки и может включать в себя два выхода HTF. В еще одном примере, коллектор 220 может быть выполнен с возможностью приема текучей среды HTF из более чем одной трубки и может включать в себя более чем один выход. Как показано, коллектор 220 принимает поток HTF из устройства 100 аккумулирования тепла и из обходного контура 224. Кроме того, коллектор 220 может иметь один выход, направленный в каждый теплообменник 202 и/или контур 225 тепловой подзарядки. Следует понимать, что коллекторы 218 и 220 приведены в качестве неограничивающих примеров, и таким образом, другие конфигурации возможны, не выходя из объема этого раскрытия.
Расширительное устройство 222 может быть расположено ниже по потоку от множества теплообменников 202. Как показано, расширительное устройство 222 выполнено с возможностью приема HTF из каждого из теплообменников 202, а также контура 225 тепловой подзарядки. Например, расширительное устройство 222 может быть предусмотрено для обезгаживания. Другими словами, расширительное устройство 222 может быть расположено ниже по потоку от теплообменников 202 и контура 225 тепловой подзарядки, чтобы регулировать давление входящего потока HTF.
Следует понимать, что система 200 регенерации тепла обеспечена в качестве примера и, таким образом, не подразумевается ограничивающей. Поэтому, следует понимать, что система 200 регенерации тепла может включать в себя дополнительные и/или альтернативные признаки, нежели проиллюстрированные на фиг.2, не выходя из объема этого раскрытия. Например, система регенерации тепла может включать в себя трехходовой клапан для регулирования потока HTF в более чем одну систему двигателя.
Фиг.3 схематично показывает примерный способ 300, который может использоваться для приведения в действие системы 200 регенерации тепла.
На 302, способ 300 включает в себя определение, запустился ли двигатель. Если ответом на 302 является Нет, способ 300 заканчивается. Если ответом на 302 является Да, способ 300 продолжается до 304.
На 304, способ 300 включает в себя определение, находится ли температура HTF ниже порогового значения. Например, температура отработавших газов может быть температурой отработавших газов выше по потоку и/или ниже по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов. Если ответом на 304 является Да, способ 300 продолжается до 306. Если ответом на 304 является Нет, способ 300 продолжается до 308.
На 306, способ 300 включает в себя снижение объема циркулирующей текучей среды переноса тепла (HTF) и опорожнение устройства аккумулирования энергии (например, устройства 100 аккумулирования энергии) для нагревания компонента системы выпуска, такого как компонент системы выпуска. Например, снижение объема может включать в себя закрывание одного или более клапанов управления для подавления циркуляции текучей среды переноса тепла от распределения в одну или более систем двигателя. Кроме того, опорожнение устройства аккумулирования энергии может включать в себя выпускание аккумулированной тепловой энергии устройства аккумулирования тепла, при этом, аккумулированная тепловая энергия аккумулирована из прежней работы двигателя. Кроме того еще, аккумулированная тепловая энергия может переноситься в циркулирующую текучую среду переноса тепла и распределяться по компонентам системы выпуска. В некоторых вариантах осуществления, компонент системы выпуска может находиться выше по потоку от устройства снижения токсичности отработавших газов.
На 308, способ 300 может включать в себя распределение циркулирующей HTF по одной или более системам двигателя. Например, один или более клапанов управления могут приводиться в действие для распространения циркулирующей HTF по одной или более из системы отопления салона, системы охлаждения двигателя, системы трансмиссии, и т.д.
На 310, способ 300 включает в себя определение, достаточно ли подогреты одна или более систем двигателя. Если ответом на 310 является Нет, способ 300 возвращается на 306. Если ответом на 310 является Да, способ 300 продолжается до 312.
На 312, способ 300 включает в себя подзарядку устройства аккумулирования тепла. Например, объем циркулирующей HTF может снижаться, и/или обходной контур может открываться, из условия чтобы HTF циркулировала через теплообменник, термически присоединенный к системе выпуска через устройство аккумулирования тепла. Таким образом, теплоемкость устройства аккумулирования тепла может быть увеличена.
На 314, способ 300 включает в себя определение, находится ли температура HTF выше порогового значения. Например, HTF может становиться слишком горячей, когда транспортное средство находится в действии в течение продолжительного периода времени. Если ответом на 314 является Нет, способ 300 продолжается до 316. Если ответом на 314 является Да, способ 300 продолжается до 318.
На 316, способ 300 включает в себя закрывание контура смешивания. По существу, объем циркулирующей HTF не регулируется в ответ на температуру HTF.
На 318, способ 300 включает в себя регулирование клапана регулируемого положения контура смешивания. По существу, мертвый объем HTF выпускается из контура смешивания для снижения температуры циркулирующей HTF. Как описано выше, температура HTF может регулироваться на основании положения клапана регулируемого положения. Например, клапан может полностью открываться, чтобы быстро охлаждать HTF. В качестве еще одного примера, клапан может частично открываться, чтобы умеренно охлаждать HTF.
Следует понимать, что способ 300 обеспечен в качестве примера и, таким образом, не подразумевается ограничивающим. Поэтому, следует понимать, что способ 300 может включать в себя дополнительные и/или альтернативные этапы, нежели проиллюстрированные на фиг.3, не выходя из объема этого раскрытия. Кроме того, следует понимать, что способ 300 не ограничен проиллюстрированным порядком; скорее, один или более этапов могут быть перекомпонованы или не включены в состав, не выходя из объема этого раскрытия. Например, одна или более частей способа 300 может происходить без запуска двигателя. Как описано выше, устройство аккумулирования тепла может активироваться для выпуска без приведения в действие двигателя.
Различные трубопроводы могут указываться ссылкой как трубки, которые могут охватывать различные формы трубопроводов, каналов, соединительных патрубков, и т.д., и не ограничены никакими специфичными геометрией поперечного сечения, материалом, длиной, и т.д.
Следует понимать, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по природе, и что эти конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому, и другим типам двигателя. Предмет настоящей полезной модели включает в себя все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.
Последующая формула полезной модели подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы полезной модели могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы полезной модели включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой полезной модели посредством изменения настоящей формулы полезной модели или представления новой формулы полезной модели в этой или родственной заявке. Такая формула полезной модели, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле полезной модели, также рассматривается в качестве включенной в предмет настоящей полезной модели.
1. Устройство аккумулирования тепла для двигателя, содержащее: входной канал, термически присоединяющий устройство аккумулирования тепла к выпускному каналу; стопу подвергающихся фазовому превращению материалов, расположенную радиально вокруг центрального питающего канала, при этом стопа расположена во внутренней части резервуара с двойной стенкой; и выходной канал, термически присоединяющий устройство аккумулирования тепла к другой системе двигателя.
2. Устройство по п.1, в котором входной канал присоединен к концу устройства аккумулирования тепла в расположенном в центре положении.
3. Устройство по п.1, в котором выходной канал присоединен к другому противоположному концу устройства аккумулирования тепла, при этом выходной канал находится в расположенном на верхней периферии положении.
4. Устройство по п.1, дополнительно содержащее вакуумный канал в сообщении по текучей среде с вакуумным пространством резервуара с двойной стенкой.
5. Устройство по п.4, в котором двойная стенка включает в себя наружные стенки и внутренние стенки, при этом вакуумная рубашка расположена между наружными стенками и внутренними стенками.
6. Устройство по п.5, в котором входной канал и выходной канал включают в себя наружные стенки, внутренние стенки и вакуумное пространство между наружными стенками и внутренними стенками, при этом вакуумное пространство находится в сообщении по текучей среде с вакуумной рубашкой.
7. Система для двигателя, содержащая: теплообменник в сообщении по текучей среде с выпускным каналом; устройство аккумулирования тепла, включающее в себя подвергающийся фазовым превращениям материал; первую трубку, термически присоединяющую теплообменник к устройству аккумулирования тепла; и вторую трубку, термически присоединяющую устройство аккумулирования тепла к другой системе двигателя.
8. Система по п.7, в которой первая и вторая тепловые трубки включают в себя подвергающийся фазовым превращениям материал.
9. Система по п.7, в которой подвергающийся фазовым превращениям материал устройства аккумулирования тепла расположен радиально вокруг центрального питающего канала.
10. Система по п.7, в которой устройство аккумулирования тепла включает в себя более чем один подвергающийся фазовым превращениям материал, при этом каждый подвергающийся фазовым превращениям материал имеет разную температуру фазового перехода.
11. Система по п.7, в которой устройство аккумулирования тепла является резервуаром с двойной стенкой, включающим в себя внутренний резервуар и наружный резервуар, разделенные вакуумной рубашкой.
12. Система по п.11, дополнительно содержащая множество противолучевых пленок, расположенных в вакуумной рубашке.
13. Система по п.12, дополнительно содержащая вакуумный канал, присоединяющий по текучей среде вакуумную рубашку к вакуумному насосу.
14. Система по п.7, в которой устройство аккумулирования тепла наклонено на 5º от горизонтали, при этом другая система является отдельной от теплообменника и устройства аккумулирования тепла, причем только вторая тепловая трубка присоединяет другую систему к устройству аккумулирования тепла, при этом другая система включает в себя трубопровод текучей среды, отдельный от второй тепловой трубки, причем трубопровод текучей среды находится в тепловом контакте со второй тепловой трубкой в положении, совпадающем с другим теплообменником, при этом другой теплообменник является местоположением, в котором перенос тепла происходит между второй тепловой трубкой и трубопроводом текучей среды, причем другая система выбрана из группы, состоящей из системы отопления салона, системы охлаждения и системы трансмиссии.
15. Система переноса тепла для двигателя, содержащая: теплообменник, присоединенный к выпускному каналу ниже по потоку от каталитического нейтрализатора отработавших газов; устройство аккумулирования тепла, присоединенное к теплообменнику через вход, включающее в себя цилиндрическую стопу, расположенную между двумя удерживающими пластинами, и выход, присоединяющий устройство аккумулирования тепла к другой системе двигателя.
16. Система по п.15, в которой устройство аккумулирования тепла является резервуаром с двойной стенкой, включающим в себя внутренние стенки, наружные стенки и вакуумную рубашку между внутренними и наружными стенками.
17. Система по п.16, в которой стопа окружает по периферии центральный питающий канал, который подает текучую среду переноса тепла в устройство аккумулирования тепла.
18. Система по п.17, дополнительно содержащая одну или более пружин, присоединенных к одной удерживающей пластине и внутренним стенкам резервуара с двойной стенкой.
19. Система по п.16, в которой вход и выход включают в себя двойные стенки с вакуумным пространством между внутренними и наружными стенками, при этом вакуумное пространство является непрерывным с вакуумной рубашкой.
