車(chē)輛中的熱力系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種車(chē)輛中的熱力系統(tǒng)。提供了一種車(chē)輛，所述車(chē)輛具有在包含工作流體的熱力循環(huán)中順序地流體連通的膨脹器、冷凝器、泵和加熱器。熱力循環(huán)被設(shè)置用于車(chē)輛中的廢熱回收。導(dǎo)熱管包含相變材料，并具有冷凝區(qū)域和蒸發(fā)區(qū)域。蒸發(fā)區(qū)域與車(chē)輛系統(tǒng)的再循環(huán)流體熱接觸。加熱器提供工作流體與導(dǎo)熱管的冷凝區(qū)域之間的熱接觸。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
車(chē)輛中的熱力系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]多個(gè)實(shí)施例涉及控制車(chē)輛中用于廢熱能量回收的熱力系統(tǒng)(比如蘭金循環(huán))。
【背景技術(shù)】
[0002]包括混合動(dòng)力車(chē)輛的車(chē)輛具有產(chǎn)生高溫排氣的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。在車(chē)輛運(yùn)轉(zhuǎn)期間可以使用熱力循環(huán)(比如蘭金(Rankine)循環(huán))來(lái)回收來(lái)自與各種車(chē)輛系統(tǒng)或部件一起使用的廢熱流體的廢熱。通常，使用與大氣熱接觸的熱交換器來(lái)另外冷卻廢熱流體，從而使用周?chē)蛲饨缈諝饫鋮s廢熱流體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種車(chē)輛，所述車(chē)輛具有帶有排氣系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)。所述車(chē)輛還具有在包含工作流體的熱力循環(huán)中順序地流體連通的膨脹器、冷凝器、栗、第一加熱器和第二加熱器。所述第二加熱器與所述排氣系統(tǒng)中的排氣熱接觸。提供了導(dǎo)熱管，所述導(dǎo)熱管包含相變材料。所述導(dǎo)熱管具有蒸發(fā)區(qū)域和冷凝區(qū)域，所述冷凝區(qū)域與第一加熱器中的工作流體熱接觸。所述導(dǎo)熱管限定由芯吸層分開(kāi)的蒸汽空間和液體空間。車(chē)輛系統(tǒng)被配置為將來(lái)自車(chē)輛部件的廢熱經(jīng)由再循環(huán)流體提供至導(dǎo)熱管的蒸發(fā)區(qū)域。
[0004]在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種車(chē)輛，所述車(chē)輛具有在包含工作流體的熱力循環(huán)中順序地流體連通的膨脹器、冷凝器、栗、和加熱器。導(dǎo)熱管包含相變材料并且具有冷凝區(qū)域和蒸發(fā)區(qū)域，所述蒸發(fā)區(qū)域與車(chē)輛系統(tǒng)的再循環(huán)流體熱接觸。所述加熱器提供工作流體與導(dǎo)熱管的冷凝區(qū)域之間的熱接觸。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述加熱器是第一加熱器，所述熱力循環(huán)具有位于第一加熱器之后的第二加熱器，所述車(chē)輛還包括:另一導(dǎo)熱管，包含另一相變材料并具有另一冷凝區(qū)域和另一蒸發(fā)區(qū)域，所述另一蒸發(fā)區(qū)域與另一車(chē)輛系統(tǒng)的另一再循環(huán)流體熱接觸；其中，第二加熱器提供工作流體與所述另一導(dǎo)熱管的另一冷凝區(qū)域之間的熱接觸。
[0006]在又一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種方法。在導(dǎo)熱管的蒸發(fā)區(qū)域中利用車(chē)輛冷卻系統(tǒng)的再循環(huán)流體加熱相變材料。在與熱力循環(huán)中的膨脹器、冷凝器和栗順序地流體連通的加熱器中利用導(dǎo)熱管的冷凝區(qū)域加熱混合相態(tài)的工作流體。利用工作流體驅(qū)動(dòng)膨脹器的軸以用于車(chē)輛中的能量回收。
[0007]本公開(kāi)的多個(gè)示例具有關(guān)聯(lián)的非限制優(yōu)點(diǎn)。例如，車(chē)輛中的熱力循環(huán)可以用于回收廢熱和能量并且提高車(chē)輛效率。熱力循環(huán)可以是蘭金循環(huán)。提供有從車(chē)輛系統(tǒng)中的車(chē)輛系統(tǒng)流體回收廢熱并且加熱熱力循環(huán)中的工作流體的導(dǎo)熱管。導(dǎo)熱管提供了一種用于車(chē)輛系統(tǒng)流體和工作流體之間熱傳遞的被動(dòng)裝置。車(chē)輛系統(tǒng)流體可以是電氣系統(tǒng)冷卻劑、燃料、潤(rùn)滑劑(例如，發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑劑)等。導(dǎo)熱管是包含在液相和汽相之間運(yùn)轉(zhuǎn)的相變材料的封閉的密封系統(tǒng)。導(dǎo)熱管的高效率和熱傳導(dǎo)性提供了一種加熱循環(huán)中的工作流體以及從車(chē)輛系統(tǒng)和部件回收廢熱的可靠且有效的方式。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1示出了根據(jù)實(shí)施例的車(chē)輛的系統(tǒng)的示意圖；
[0009]圖2示出了用于圖1的蘭金循環(huán)的簡(jiǎn)化壓-焓圖；
[0010]圖3示出了用于圖1的蘭金循環(huán)在多個(gè)工況下的簡(jiǎn)化壓-焓圖；
[0011]圖4示出了根據(jù)實(shí)施例的用于圖1的車(chē)輛的導(dǎo)熱管；
[0012]圖5示出了圖4的導(dǎo)熱管的截面示意圖；
[0013]圖6示出了根據(jù)實(shí)施例的用于具有導(dǎo)熱管的車(chē)輛的蘭金循環(huán)的示意圖；
[0014]圖7示出了根據(jù)另一實(shí)施例的用于具有導(dǎo)熱管的車(chē)輛的蘭金循環(huán)的另一示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]根據(jù)需要，在此公開(kāi)了本發(fā)明的詳細(xì)實(shí)施例；然而，應(yīng)理解，公開(kāi)的實(shí)施例僅為本發(fā)明的示例，其可以多種和替代形式實(shí)施。附圖無(wú)需按比例繪制;可以放大或最小化一些特征以示出特定部件的細(xì)節(jié)。因此，在此公開(kāi)的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)解釋為限制，而僅為教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以多種形式應(yīng)用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。以化學(xué)術(shù)語(yǔ)描述的組分指在添加到本說(shuō)明書(shū)中指定的任何組合中時(shí)的組分，并且不一定排除混合物一旦混合后混合物的組分之間的相互化學(xué)作用。本公開(kāi)中描述的流體可以指包括汽相、液相、混合的汽相/液相、過(guò)熱氣體、過(guò)冷液體等的多種狀態(tài)或相態(tài)的物質(zhì)。
[0016]可以使用熱力循環(huán)(比如蘭金循環(huán))將熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械功率或電功率。由于排氣丟棄車(chē)輛中的廢熱，因此已經(jīng)付出努力以從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣更有效地收集熱能。本公開(kāi)提供具有導(dǎo)熱管的蘭金循環(huán)，所述導(dǎo)熱管設(shè)置在車(chē)輛冷卻系統(tǒng)和循環(huán)的蒸發(fā)器之間以從車(chē)輛系統(tǒng)或部件中的流體回收廢熱。導(dǎo)熱管包含在運(yùn)轉(zhuǎn)期間具有相態(tài)分離的另一種工作流體。廢熱流體加熱并蒸發(fā)導(dǎo)熱管中的工作流體。導(dǎo)熱管中的工作流體隨后在蒸發(fā)器(或?qū)峁芾淠糠?中加熱循環(huán)中的工作流體，使得導(dǎo)熱管中的工作流體隨著循環(huán)中的工作流體被蒸發(fā)而冷凝成液相。
[0017]圖1說(shuō)明根據(jù)示例的車(chē)輛10內(nèi)的多個(gè)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖。經(jīng)由與蘭金循環(huán)的熱交換器內(nèi)的工作流體的熱傳遞可以冷卻多個(gè)車(chē)輛系統(tǒng)中的流體，并且繼而在蘭金循環(huán)的冷凝器中使用外界空氣(ambient air)來(lái)冷卻工作流體。蘭金循環(huán)通過(guò)將本來(lái)會(huì)傳輸至外界空氣的車(chē)輛中的廢熱轉(zhuǎn)換成電功率或機(jī)械功率而允許能量回收。
[0018]車(chē)輛可以是具有可用于車(chē)輪的多個(gè)扭矩源的混合動(dòng)力車(chē)輛。在其它示例中，車(chē)輛可以是僅具有發(fā)動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)車(chē)輛。在示出的示例中，車(chē)輛具有內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)50和電機(jī)52。電機(jī)52可以是馬達(dá)或馬達(dá)/發(fā)電機(jī)(Μ/G)。發(fā)動(dòng)機(jī)50和電機(jī)52經(jīng)由傳動(dòng)裝置54連接至一個(gè)或多個(gè)車(chē)輪55。傳動(dòng)裝置54可以是變速箱、行星齒輪系統(tǒng)或其它傳動(dòng)裝置?？梢栽诎l(fā)動(dòng)機(jī)50、電機(jī)52和傳動(dòng)裝置54之間設(shè)置離合器56?？梢砸园ú⒙?lián)、串聯(lián)或串聯(lián)-并聯(lián)混合動(dòng)力車(chē)輛的多種方式配置動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。
[0019]電機(jī)52從牽弓I電池58接收電功率以向車(chē)輪55提供扭矩。例如，在制動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)期間，電機(jī)52還可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以提供電功率來(lái)給電池58充電。
[0020]發(fā)動(dòng)機(jī)50可以是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，比如壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)或火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)50具有將排氣從發(fā)動(dòng)機(jī)50的汽缸排放至大氣的排氣系統(tǒng)60。排氣系統(tǒng)60具有連接至發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的排氣口的排氣歧管。排氣系統(tǒng)60可以包括用于噪聲控制的消聲器。排放系統(tǒng)60還可以包括一個(gè)或多個(gè)排放控制系統(tǒng)，比如三元催化器、催化轉(zhuǎn)化器、微粒過(guò)濾器等。在一些示例中，排氣系統(tǒng)60還可以包括排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)和/或增壓裝置(比如渦輪增壓器)。
[0021]車(chē)輛10還具有車(chē)輛系統(tǒng)62，例如，用于發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng)62。車(chē)輛系統(tǒng)62包含在車(chē)輛運(yùn)轉(zhuǎn)期間需要冷卻的車(chē)輛系統(tǒng)流體。在整個(gè)本公開(kāi)中車(chē)輛系統(tǒng)流體可以稱(chēng)為廢熱流體或系統(tǒng)流體。在示出的示例中，潤(rùn)滑系統(tǒng)62包括再循環(huán)系統(tǒng)流體，例如，潤(rùn)滑流體(可包括石油基流體、非石油基流體和/或其它流體)，用以在運(yùn)轉(zhuǎn)期間潤(rùn)滑發(fā)動(dòng)機(jī)50和/或從發(fā)動(dòng)機(jī)50去除熱。發(fā)動(dòng)機(jī)50可以設(shè)有內(nèi)部套或外部套，該內(nèi)部套或外部套具有通向發(fā)動(dòng)機(jī)50的多個(gè)區(qū)域的潤(rùn)滑流體通道。潤(rùn)滑系統(tǒng)62可以包括栗64、用于冷卻系統(tǒng)流體的熱交換器裝置66和貯液器(未不出)。
[0022]在另一示例中，如下所述，車(chē)輛系統(tǒng)62可以是傳動(dòng)裝置潤(rùn)滑系統(tǒng)、柴油冷卻系統(tǒng)、電池或有關(guān)的電氣冷卻系統(tǒng)等。
[0023]車(chē)輛具有熱力循環(huán)70。在一個(gè)示例中，循環(huán)70是蘭金循環(huán)。在另一個(gè)示例中，循環(huán)70是變型的蘭金循環(huán)或者是包括在循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)期間不只一個(gè)相態(tài)轉(zhuǎn)變的工作流體的另一種熱力循環(huán)。蘭金循環(huán)70包含工作流體。在一個(gè)示例中，工作流體經(jīng)歷相變并且在循環(huán)內(nèi)是混合相態(tài)的流體。工作流體可以是R-134a、R-245或者基于期望的循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的另一種有機(jī)或無(wú)機(jī)化學(xué)制冷劑(refrigerant)。
[0024]循環(huán)70具有栗72、壓縮機(jī)或者配置用于增加工作流體的壓力的其它裝置。栗72可以是離心栗、正排量栗等。工作流體從栗72流動(dòng)至一個(gè)或更多個(gè)熱交換器。熱交換器可以是預(yù)熱器、蒸發(fā)器、過(guò)熱器以及配置用于將熱量傳輸至工作流體的類(lèi)似裝置。
[0025]示出的示例具有第一熱交換器74，該熱交換器被配置為預(yù)熱器。提供有第二熱交換器76并且該熱交換器可被配置為蒸發(fā)器。在其它示例中，可以在栗72的下游設(shè)置更多或更少的熱交換器。例如，循環(huán)70可以設(shè)置有三個(gè)或更多個(gè)熱交換器以(例如)使用來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)排氣和兩種不同的車(chē)輛系統(tǒng)流體的廢熱加熱工作流體。此外，栗72下游的熱交換器可相對(duì)于彼此以多種方式(例如并聯(lián)、如示出的串聯(lián)或者串聯(lián)和并聯(lián)流動(dòng)的組合)布置或定位。
[0026]熱交換器74、76被配置為傳輸來(lái)自外部熱源的熱量以加熱循環(huán)70內(nèi)的工作流體。在不出的不例中，熱交換器74、76被配置為將熱量分別從車(chē)輛系統(tǒng)流體和發(fā)動(dòng)機(jī)排氣傳輸至循環(huán)70中的工作流體。經(jīng)由熱交換器74降低車(chē)輛系統(tǒng)流體的溫度并提高循環(huán)70的工作流體的溫度。經(jīng)由熱交換器76降低發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的溫度而類(lèi)似地提高循環(huán)70的工作流體的溫度。車(chē)輛系統(tǒng)流體和/或發(fā)動(dòng)機(jī)排氣可以加熱循環(huán)70中的工作流體使得工作流體經(jīng)歷從液相到汽相的相變。
[0027]熱交換器76設(shè)置在循環(huán)70中。熱交換器76設(shè)置為使得排氣系統(tǒng)60中的排氣可以流過(guò)熱交換器76以將熱量直接傳輸至循環(huán)70中的工作流體。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)60可以具有通過(guò)熱交換器76或者與熱交換器76接觸的第一流動(dòng)路徑78。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)60還可以具有轉(zhuǎn)移熱交換器76周?chē)呐艢饬鞯牡诙鲃?dòng)路徑或旁通流動(dòng)路徑80。提供有控制流過(guò)熱交換器76的排氣量的閥門(mén)82，閥門(mén)82繼而提供對(duì)傳輸至工作流體的熱的量以及膨脹器90上游的工作流體的溫度和狀態(tài)的控制?？梢砸远喾N方式配置熱交換器76，例如，熱交換器76可以是單程或多程熱交換器，并且可以提供為順流式、交叉流動(dòng)式或逆流式。熱交換器76可被設(shè)置為循環(huán)70中的蒸發(fā)器。
[0028]熱交換器74可被設(shè)置為預(yù)熱器，并由室形成。熱交換器74配置用于導(dǎo)熱管84和循環(huán)70中的工作流體之間的熱傳遞。通常，導(dǎo)熱管84是包含相變材料的封閉的傳熱裝置。相變材料可以是不同于循環(huán)70的工作流體的化學(xué)溶液和混合物，或者在其它示例中，相變材料可以是相同的化學(xué)溶液。導(dǎo)熱管84可以具有使用相態(tài)轉(zhuǎn)變以在兩個(gè)界面之間傳輸熱量的密封管或密封結(jié)構(gòu)。導(dǎo)熱管84具有與車(chē)輛系統(tǒng)62中的系統(tǒng)流體熱接觸或熱連通的熱界面或者蒸發(fā)區(qū)域86。導(dǎo)熱管84內(nèi)的相變材料吸收熱量并且在蒸發(fā)區(qū)域86處變成蒸汽。蒸汽隨后流動(dòng)通過(guò)導(dǎo)熱管84至冷界面或冷凝區(qū)域88，并且冷凝成液體且釋放潛熱，以加熱循環(huán)70中的工作流體。液體隨后返回至蒸發(fā)區(qū)域86并且該循環(huán)重復(fù)。
[0029]導(dǎo)熱管84可以設(shè)置為單個(gè)導(dǎo)熱管或多個(gè)導(dǎo)熱管，并且每個(gè)導(dǎo)熱管可以具有單個(gè)管或者多個(gè)分葉(lobe)。導(dǎo)熱管84可以具有基于車(chē)輛的封裝約束以及循環(huán)70的熱傳遞要求的多種幾何形狀和構(gòu)造。在下文參考圖4和圖5更詳細(xì)地描述導(dǎo)熱管84。
[0030]在各個(gè)示例中，導(dǎo)熱管84和熱交換器74被配置為將熱量從各種車(chē)輛系統(tǒng)中的系統(tǒng)流體向循環(huán)70的工作流體傳輸，這些系統(tǒng)流體包括但不限于發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑流體、傳動(dòng)裝置潤(rùn)滑流體、電池冷卻流體和發(fā)動(dòng)機(jī)燃料(諸如柴油燃料)。導(dǎo)熱管84和熱交換器74代替用于這些系統(tǒng)的每個(gè)中的流體的外界空氣冷卻式熱交換器，從而回收在蘭金循環(huán)70中使用的廢熱，并去掉用于車(chē)輛中的系統(tǒng)的空冷式熱交換器。
[0031]如下文進(jìn)一步描述的，熱交換器74、76中的至少一者配置用于將足夠的熱量傳輸至循環(huán)70中的工作流體以蒸發(fā)工作流體。蒸發(fā)器接收處于液相或液汽混合相溶液的工作流體并且將工作流體加熱成汽相或過(guò)熱汽相。本公開(kāi)總體上描述了通過(guò)使用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣60而將熱交換器76用作為蒸發(fā)器;然而，熱交換器74也可以用作蒸發(fā)器。熱交換器74相對(duì)于熱交換器76的定位可基于車(chē)輛系統(tǒng)流體的平均溫度或可用熱量以及排氣溫度。
[0032]膨脹器90可以是渦輪，比如離心或軸流渦輪或者另外的類(lèi)似裝置。隨著工作流體膨脹通過(guò)工作流體旋轉(zhuǎn)膨脹器90以產(chǎn)生功率。膨脹器90可以連接至馬達(dá)/發(fā)電機(jī)92以旋轉(zhuǎn)馬達(dá)/發(fā)電機(jī)從而產(chǎn)生電力，或者連接至另外的機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置(mechanical linkage)以提供額外的功率至驅(qū)動(dòng)軸和車(chē)輪55。膨脹器90可以通過(guò)軸或另外的機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置連接至發(fā)電機(jī)92。發(fā)電機(jī)92連接至電池58以提供電力給電池58充電?？梢栽诎l(fā)電機(jī)92和電池58之間設(shè)置逆變器或交流-直流(AC-DC)轉(zhuǎn)換器94。
[0033]循環(huán)70中的工作流體離開(kāi)膨脹器90并且流動(dòng)至熱交換器96，也稱(chēng)為循環(huán)70中的冷凝器96。冷凝器96可以位于車(chē)輛10的前部區(qū)域。冷凝器96配置用于與外界氣流98接觸使得熱量從工作流體傳輸至外界氣流以從工作流體去除熱量并冷卻和/或冷凝工作流體。冷凝器96可以是單級(jí)的或多級(jí)的，并且使用值或其它機(jī)制通過(guò)循環(huán)70所需的多個(gè)級(jí)可以控制工作流體的流動(dòng)。
[0034]在一些示例中，循環(huán)70包括流體儲(chǔ)存器100或者干燥機(jī)。儲(chǔ)存器100可以設(shè)置為用于循環(huán)70中的工作流體的流體或液體貯液器。栗72從儲(chǔ)存器100汲取流體以完成循環(huán)70。如從圖1看見(jiàn)的，循環(huán)70是閉環(huán)循環(huán)使得工作流體不與導(dǎo)熱管84中的相變材料、車(chē)輛中的其它流體或者與外界空氣混合。類(lèi)似地，導(dǎo)熱管84是封閉的系統(tǒng)使得導(dǎo)熱管中的相變材料不與循環(huán)70中的工作流體、車(chē)輛中的其它流體或外界空氣混合。
[0035]如下文描述的，循環(huán)70可以包括配置用于在預(yù)定參數(shù)內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)的控制器102?？刂破?02可以與發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)、傳動(dòng)裝置控制單元(TCU)、車(chē)輛系統(tǒng)控制器(VSC)等集成或者通信并且還可以與多個(gè)車(chē)輛傳感器通信。用于車(chē)輛10的控制系統(tǒng)可以包括任意數(shù)量的控制器并且可以集成進(jìn)單個(gè)控制器或者具有多個(gè)模塊。可以通過(guò)控制器局域網(wǎng)(CAN)或其它系統(tǒng)連接一些或所有控制器?？刂破?02和車(chē)輛控制系統(tǒng)可以包括與多種類(lèi)型的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)裝置或介質(zhì)通信的微處理器或中央處理器(CPU)。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)裝置或介質(zhì)可以包括例如只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和?；畲鎯?chǔ)器(KAM)中的易失性和非易失性存儲(chǔ)。KAM是可以用于當(dāng)CPU斷電時(shí)存儲(chǔ)多個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)變量的永久或非易失性存儲(chǔ)器?？梢允褂萌魏螖?shù)量的已知存儲(chǔ)裝置(比如PROM(可編程只讀存儲(chǔ)器)、EPR0M(電可編程只讀存儲(chǔ)器)、EEPR0M(電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器)、閃存或者能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)(該數(shù)據(jù)中的一些數(shù)據(jù)代表控制車(chē)輛或循環(huán)70的控制器所使用的可執(zhí)行的指令)的任何其它電子、磁性、光學(xué)或者組合存儲(chǔ)器裝置)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)裝置或介質(zhì)。
[0036]圖2示出了用于如圖1所示的蘭金循環(huán)或熱力循環(huán)70的工作流體的壓-焓圖。該圖的豎直軸線上是壓力(P)而水平軸線上是焓(h)。焓的單位可以是每單位質(zhì)量的能量，例如
kj/kgo
[0037]圓頂120提供了工作流體的多個(gè)相態(tài)之間的分離線。在圓頂120左側(cè)的區(qū)域122中工作流體是液體或過(guò)冷液體。在圓頂120右側(cè)的區(qū)域126中工作流體是蒸汽或過(guò)熱蒸汽。在圓頂120下面的區(qū)域124中工作流體是混合相(例如，液相和汽相的混合物)。沿圓頂120的左手側(cè)，在區(qū)域122和124匯合處，工作流體是飽和液體。沿圓頂120的右手側(cè)，在區(qū)域124和126匯合處，工作流體是飽和蒸汽。
[0038]根據(jù)實(shí)施例在圖上說(shuō)明圖1的蘭金循環(huán)70。為了本公開(kāi)的目的而簡(jiǎn)化了描繪的循環(huán)70，并且盡管在實(shí)際應(yīng)用中可能存在損失但是沒(méi)有示出循環(huán)70或系統(tǒng)中的任何損失。損失可以包括栗送損失、管道損失、壓力和摩擦損失、經(jīng)過(guò)多個(gè)部件的熱量損失以及系統(tǒng)中的其它不可逆性。圖2中示出的循環(huán)70的運(yùn)轉(zhuǎn)簡(jiǎn)化為假定恒定壓力、絕熱、可逆和/或等熵處理步驟，視情況的且如在下文描述的;然而，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)理解在實(shí)際應(yīng)用中循環(huán)70可以不同于這些假設(shè)。循環(huán)描繪為在高壓Ph和低壓Pl之間運(yùn)轉(zhuǎn)。圖上也示出了恒溫線，例如，Th和Tl。
[0039]循環(huán)70在工作流體進(jìn)入栗72的點(diǎn)130處開(kāi)始。工作流體在130處是流體并且可以被過(guò)冷卻至比Pl處飽和溫度低2-3攝氏度或低更多的溫度。工作流體在點(diǎn)132處以較高的壓力Ph并且以液相離開(kāi)栗72。在示出的示例中，從130至132的栗送過(guò)程被建模為等熵的或者絕熱的且可逆的。
[0040]工作流體在132處進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)熱交換器(例如，熱交換器74、76)。在熱交換器74、76內(nèi)使用來(lái)自車(chē)輛系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的廢熱加熱工作流體。工作流體在點(diǎn)134處作為蒸汽或過(guò)熱蒸汽離開(kāi)熱交換器。從132至134的加熱過(guò)程建模為恒定壓力的過(guò)程。如從圖中可見(jiàn)的，從132至134的過(guò)程發(fā)生在Ph處，并且在134處溫度增加至Th。工作流體在132處以液相開(kāi)始并且在134處以過(guò)熱汽相離開(kāi)熱交換器74、76。
[0041]工作流體在點(diǎn)134處作為過(guò)熱蒸汽進(jìn)入膨脹器90(比如渦輪)。工作流體隨著它膨脹而驅(qū)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)膨脹器以產(chǎn)生功率。工作流體在點(diǎn)136處以壓力Pl離開(kāi)膨脹器90。如所示出的，工作流體在136處可以是過(guò)熱蒸汽。在其它示例中，工作流體在離開(kāi)膨脹器90之后可以是飽和蒸汽或者可以是區(qū)域124內(nèi)的混合相。在進(jìn)一步的示例中，工作流體在圓頂120的右手側(cè)的飽和蒸汽線的幾攝氏度內(nèi)。在示出的示例中，從134至136的膨脹過(guò)程被建模為等熵的或者絕熱的并且可逆的。膨脹器90隨著工作流體的膨脹而導(dǎo)致裝置兩邊的壓力下降以及對(duì)應(yīng)的溫度下降。
[0042]工作流體在136處進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)熱交換器(例如，熱交換器96)。在熱交換器96內(nèi)使用通過(guò)車(chē)輛的前部區(qū)域接收的外界空氣冷卻工作流體。工作流體在點(diǎn)130處離開(kāi)熱交換器并且隨后流至栗72。循環(huán)70中還可以包括儲(chǔ)存器。從136至130的加熱過(guò)程被建模為恒定壓力的過(guò)程。如從附圖可見(jiàn)的，從136至130的過(guò)程發(fā)生在Pl處。在熱交換器96內(nèi)工作流體的溫度可以減小。工作流體在136處作為過(guò)熱蒸汽或蒸汽-液體混合相開(kāi)始并且在130處作為液體離開(kāi)熱交換器96。
[0043]在一個(gè)示例中，循環(huán)70被配置為通過(guò)約為3的Ph與Pl的壓力比率或者在進(jìn)一步的示例中通過(guò)約為2.7的壓力比率而運(yùn)轉(zhuǎn)。在其它示例中，壓力比率可以更高或更低。循環(huán)70可以適于在車(chē)輛及其周?chē)h(huán)境所需的多個(gè)外界環(huán)境中運(yùn)轉(zhuǎn)。在一個(gè)示例中，循環(huán)70被配置為在一系列可能的外界溫度的范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)。外界溫度可以提供可用于熱交換器96中的工作流體的冷卻量的限制。在一個(gè)示例中，循環(huán)70可以在-25攝氏度的外界或環(huán)境溫度與40攝氏度的外界或環(huán)境溫度之間運(yùn)轉(zhuǎn)。在其它示例中，循環(huán)70可以在更高和/或更低的外界溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0044]由循環(huán)70提供的功率可以是廢熱流體的質(zhì)量流率、廢熱流體的溫度、工作流體在點(diǎn)134處的溫度以及外界空氣的質(zhì)量流率的函數(shù)。例如，對(duì)于提供廢熱源的車(chē)輛系統(tǒng)流體和排氣，循環(huán)70提供的功率是通過(guò)熱交換器76的排氣的質(zhì)量流率、進(jìn)入熱交換器76的排氣的溫度、導(dǎo)熱管84中蒸汽的相變材料的溫度、工作流體在點(diǎn)134處的質(zhì)量流率和溫度以及外界空氣的質(zhì)量流率的函數(shù)。在一個(gè)示例中，循環(huán)70輸出的功率約為0.5kW-1.5kW的量級(jí)，而在進(jìn)一步的示例中，當(dāng)排氣溫度的范圍為500-800攝氏度并且排氣質(zhì)量流率的范圍為50-125kg/hr時(shí)對(duì)于一個(gè)循環(huán)的功率約為I kW。
[0045]可以基于發(fā)電機(jī)92產(chǎn)生的電力以及來(lái)自廢熱源(例如發(fā)動(dòng)機(jī)排氣)的可用的熱傳遞的速率來(lái)確定關(guān)于車(chē)輛的循環(huán)70的效率?？捎脽崃康乃俾适峭ㄟ^(guò)關(guān)聯(lián)的循環(huán)熱交換器的廢熱流體的質(zhì)量流率和熱交換器兩邊的廢熱流體的溫差的函數(shù)。在一個(gè)示例中，僅使用排氣熱量，循環(huán)效率測(cè)量為平均在5%以上，而在進(jìn)一步的示例中，對(duì)于僅使用排氣廢熱的循環(huán)，循環(huán)效率測(cè)量為平均在8 %以上。
[0046]對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)和保持系統(tǒng)效率而言在循環(huán)7O內(nèi)的特定運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)保持工作流體的狀態(tài)或相態(tài)可能是關(guān)鍵的。例如，熱交換器74、76中的一者或兩者可能需要被設(shè)計(jì)為用于液相、混合相流體和汽相流體。在循環(huán)中工作流體在點(diǎn)130處可能需要是液相的以防止栗72內(nèi)的氣塞(air lock)。此外，基于膨脹器90的構(gòu)建，可能期望在點(diǎn)134和136之間工作流體保持為蒸汽，這是因?yàn)榛旌舷鄷?huì)減小系統(tǒng)效率或者使裝置90磨損?；诳刂仆饨鐨饬魉俾实能?chē)速和外界氣溫，還可以限制可用于熱交換器96內(nèi)的工作流體的冷卻的量和/或速率。此外，在車(chē)輛啟動(dòng)時(shí)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣和/或發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑沒(méi)有達(dá)到它們的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度時(shí)可以限制可用于加熱工作流體的熱的量和/或速率。
[0047]如圖3中示出的，可以在多個(gè)工況下運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)70。圖3示出了用于循環(huán)70的兩個(gè)工況。循環(huán)150示出為在最小外界空氣運(yùn)轉(zhuǎn)溫度(Tl MIN)處或附近運(yùn)轉(zhuǎn)。循環(huán)152示出為在最大外界空氣運(yùn)轉(zhuǎn)溫度(Th max)處或附近運(yùn)轉(zhuǎn)?；谘h(huán)中多個(gè)點(diǎn)的循環(huán)和運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)以及這些運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)施加的約束(例如，保持循環(huán)150和152中的每個(gè)循環(huán)的點(diǎn)130為壓縮的液體，如由虛線154所示的)來(lái)選擇工作流體。此外，通過(guò)使用閥82修改通過(guò)熱交換器76的排氣的流率可以控制循環(huán)70在期望的溫度和壓力范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而在點(diǎn)134處控制傳輸至工作流體的熱的量及其溫度。閥82可以是二位閥或者可以被控制為提供可變的流量。還可通過(guò)基于外界空氣溫度、流率和濕度對(duì)流過(guò)的工作流體提供額外的級(jí)或限制的級(jí)而控制熱交換器96，從而在點(diǎn)130處控制冷卻的量和工作流體溫度。此外，可以通過(guò)栗72控制工作流體的流率，使得工作流體在每個(gè)熱交換器96、74和76中具有較長(zhǎng)或較短的停留時(shí)間，從而控制傳輸至工作流體的熱量或從工作流體傳出的熱量。
[0048]圖4示出導(dǎo)熱管200的示例。導(dǎo)熱管200可以實(shí)施為循環(huán)70中的導(dǎo)熱管84。導(dǎo)熱管200具有包含在密封環(huán)境中的相變材料的外殼202。導(dǎo)熱管200具有與車(chē)輛系統(tǒng)205熱連通以從其接收廢熱的蒸發(fā)區(qū)域204。蒸發(fā)區(qū)域204可以與車(chē)輛系統(tǒng)205熱接觸。車(chē)輛系統(tǒng)205中的車(chē)輛系統(tǒng)流體206加熱導(dǎo)熱管200的蒸發(fā)區(qū)域204使得導(dǎo)熱管200內(nèi)的相變材料經(jīng)歷相態(tài)轉(zhuǎn)變成為蒸汽。
[0049]在一個(gè)非限制性示例中，車(chē)輛系統(tǒng)205是如上所述的關(guān)于圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)62，車(chē)輛系統(tǒng)流體是發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑劑。
[0050]在一個(gè)示例中，如所示出的，蒸發(fā)區(qū)域204與車(chē)輛系統(tǒng)205的表面物理接觸使得熱量至少部分經(jīng)由熱傳導(dǎo)來(lái)傳輸。蒸發(fā)區(qū)域204可以設(shè)置為套(jacket)、盤(pán)或者與車(chē)輛系統(tǒng)205的內(nèi)表面或外表面物理接觸的類(lèi)似裝置。蒸發(fā)區(qū)域可以包住車(chē)輛系統(tǒng)205的一部分(例如，管道)，或者可以用作車(chē)輛系統(tǒng)205內(nèi)的襯套。在進(jìn)一步的示例中，蒸發(fā)區(qū)域集成到車(chē)輛系統(tǒng)205中，例如，與汽缸蓋中的套集成在一起，使得導(dǎo)熱管200還可以提供發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻。
[0051]在另一個(gè)示例中，蒸發(fā)區(qū)域204延伸進(jìn)車(chē)輛系統(tǒng)205的內(nèi)部區(qū)域，使得車(chē)輛系統(tǒng)流體或發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑劑流過(guò)蒸發(fā)區(qū)域204以將熱量至少部分經(jīng)由對(duì)流傳輸至導(dǎo)熱管200。蒸發(fā)區(qū)域204可以設(shè)置有翅片(fin)或其它延伸的表面以增加導(dǎo)熱管200的表面積并因此增加從車(chē)輛系統(tǒng)流體傳輸至導(dǎo)熱管200的熱量。在該示例中，蒸發(fā)區(qū)域204可被設(shè)計(jì)成限制對(duì)車(chē)輛系統(tǒng)流體的流動(dòng)的妨礙。
[0052]蒸發(fā)區(qū)域204示出為具有單個(gè)分支;然而，可以預(yù)想蒸發(fā)區(qū)域204可以具有多個(gè)分支或分葉。
[0053]導(dǎo)熱管還具有與熱力循環(huán)的熱交換器(比如蘭金循環(huán)70中的熱交換器74)熱接觸的冷凝區(qū)域208。在一個(gè)示例中，如所示出的，冷凝區(qū)域208延伸進(jìn)限定熱交換器74的室210的內(nèi)部區(qū)域。循環(huán)70的作為液相、汽相或混合相的工作流體212流過(guò)冷凝區(qū)域208使得熱量至少部分經(jīng)由對(duì)流從導(dǎo)熱管200的表面?zhèn)鬏?。冷凝區(qū)域208可以設(shè)置有翅片或其它延伸表面214以增加導(dǎo)熱管200的冷凝區(qū)域208的表面積并因此增加從冷凝區(qū)域208內(nèi)的相變材料傳輸至工作流體212的熱量。冷凝區(qū)域208中蒸汽的相變材料加熱工作流體212并且導(dǎo)致導(dǎo)熱管200內(nèi)的相變材料經(jīng)歷相態(tài)轉(zhuǎn)變成為液體。取決于循環(huán)70中熱交換器74的配置及其運(yùn)轉(zhuǎn)，工作流體212也可以經(jīng)歷相變或相態(tài)轉(zhuǎn)變。
[0054]在另一個(gè)示例中，冷凝區(qū)域208與熱交換器76的表面物理接觸使得熱量至少部分經(jīng)由熱傳導(dǎo)傳輸。冷凝區(qū)域208可以設(shè)置為套、盤(pán)或者與熱交換器76的內(nèi)表面或外表面物理接觸的類(lèi)似裝置。冷凝區(qū)域可以包住熱交換器76的一部分，或者可以用作熱交換器內(nèi)的襯套。
[0055]中間區(qū)域216可以設(shè)置在蒸發(fā)區(qū)域204和冷凝區(qū)域208之間并且連接這兩者。當(dāng)車(chē)輛系統(tǒng)205和熱交換器74在車(chē)輛10內(nèi)分開(kāi)一定距離時(shí)可以設(shè)置中間區(qū)域216。中間區(qū)域216可以總體上用作相變材料的管道使得幾乎沒(méi)有或者沒(méi)有熱量傳輸至該區(qū)域216內(nèi)的相變材料或者從該區(qū)域216內(nèi)的相變材料傳出熱量。在一個(gè)示例中，中間區(qū)域216是基本上絕熱的。在一些示例中，中間區(qū)域216可以覆蓋有隔熱材料以提供總體上絕熱的部分。
[0056]導(dǎo)熱管200包括使熱能從排氣系統(tǒng)傳輸至循環(huán)70的相變材料。可以選擇相變材料使得它在預(yù)定的排氣溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝麖亩峁?duì)傳輸至循環(huán)70的熱量的控制。
[0057]圖5示出根據(jù)示例的導(dǎo)熱管200的截面示意圖。導(dǎo)熱管200的一部分是從車(chē)輛系統(tǒng)接收廢熱的蒸發(fā)區(qū)域204而導(dǎo)熱管200的另一部分是提供熱量至循環(huán)70的工作流體的冷凝區(qū)域208。在蒸發(fā)區(qū)域204和冷凝區(qū)域208之間設(shè)置有中間區(qū)域216。導(dǎo)熱管200可以是任何形狀和幾何結(jié)構(gòu)，并且術(shù)語(yǔ)管不是將導(dǎo)熱管200限制為空心圓柱管。導(dǎo)熱管200可以具有多種截面形狀，并且可以包括直的和弧線形的或彎曲的截面以及分支或分葉結(jié)構(gòu)。此外，導(dǎo)熱管200可以包括單個(gè)導(dǎo)熱管或者可以是一束多個(gè)導(dǎo)熱管或者一組導(dǎo)熱管。
[0058]導(dǎo)熱管200具有外殼或外壁202、液體空間220、芯吸層222和蒸汽空間224。外殼202包住導(dǎo)熱管200的相變材料并且形成封閉的被動(dòng)系統(tǒng)。導(dǎo)熱管200沒(méi)有移動(dòng)的機(jī)械部件并且不通過(guò)機(jī)械輸入或電力輸入(或機(jī)械功率或電功率)而運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0059]液體空間220和芯吸層222可以鄰近于外壁202，并且芯吸層222設(shè)置在外壁202和蒸汽空間224之間。芯吸層222可以直接設(shè)置為鄰近于外壁202并且與其接觸，或者可以與外壁202分開(kāi)。在一個(gè)示例中，芯吸層222鄰近于外壁并且包含液體空間220。蒸汽空間224可以設(shè)置在導(dǎo)熱管200的中央?yún)^(qū)域中。
[0000]可以由導(dǎo)熱材料(比如金屬或類(lèi)似物)形成外殼202。在一個(gè)不例中，外殼202由銅、銅合金、鋁和鋁合金中的至少一者形成。通過(guò)外殼202將熱量傳輸至導(dǎo)熱管內(nèi)的相變材料并且從導(dǎo)熱管內(nèi)的相變材料傳出熱量。
[0061 ]導(dǎo)熱管200填充有相變材料(PCM)并且被密封。在運(yùn)轉(zhuǎn)期間，相變材料在汽相和液相之間運(yùn)轉(zhuǎn)。在運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)示例中，蒸發(fā)的潛熱在蒸發(fā)區(qū)域和冷凝區(qū)域之間產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)流體循環(huán)中相變材料的壓力差。
[0062]芯吸層222可以提供液體空間220。在另一個(gè)示例中，芯吸層222分離液體空間220和蒸汽空間224。芯吸層222可以由用于轉(zhuǎn)移并輸送相變材料的任何適當(dāng)?shù)牟牧现瞥?。在一個(gè)示例中，芯吸層222輔助蒸汽PCM至蒸汽空間224的質(zhì)量轉(zhuǎn)移(mass transfer)以及液體PCM至液體空間220的質(zhì)量轉(zhuǎn)移。芯吸層222可以提供對(duì)液體PCM的毛細(xì)作用以使PCM在導(dǎo)熱管200中循環(huán)。當(dāng)冷凝區(qū)域208位于蒸發(fā)區(qū)域204上面時(shí)重力也可以用于產(chǎn)生液體PCM的流體移動(dòng)并且可以不需要芯吸層;然而，無(wú)論重力以及區(qū)域204、208的方位如何，導(dǎo)熱管200都可以運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0063]在一個(gè)示例中，芯吸層222是涂蠟纖維或者類(lèi)似的非吸收性材料。在另一個(gè)示例中，芯吸層222是多孔層，比如燒結(jié)金屬粉末、柵(screen)、有槽的芯等。
[0064]基于用于車(chē)輛系統(tǒng)205和循環(huán)70的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度選擇相變材料(PCM)。還基于與外殼和芯吸層的材料兼容性選擇PCM?？梢曰谌绾螌?shí)現(xiàn)導(dǎo)熱管200且基于與車(chē)輛系統(tǒng)205中的車(chē)輛系統(tǒng)流體和/或循環(huán)70中工作流體的熱傳導(dǎo)和材料兼容性來(lái)選擇外殼。在一個(gè)示例中，導(dǎo)熱管具有包含銅的殼而PCM是用于低溫應(yīng)用的水。在另一個(gè)示例中，外殼包含銅和/或鋼而PCM是制冷劑，比如R-134a。在又一示例中，外殼包含鋁而PCM是氨。還可以預(yù)想外殼材料和PCM溶液的其它組合，上文提供的示例不意味著限制。
[0065]在運(yùn)轉(zhuǎn)期間，導(dǎo)熱管200運(yùn)轉(zhuǎn)以吸收和釋放熱量。相變材料(PCM)是鄰近于外殼的液體空間或液體層220中的液體。在一個(gè)示例中，液體層220可以是液體膜。在蒸發(fā)區(qū)域204中使用車(chē)輛系統(tǒng)205的廢熱來(lái)加熱液體PCM。車(chē)輛系統(tǒng)流體經(jīng)由與外殼202的熱傳導(dǎo)和對(duì)流中的至少一者傳輸熱量。在外殼202兩邊經(jīng)由熱傳導(dǎo)傳輸熱量以加熱液體PCM13PCM至少通過(guò)其蒸發(fā)的潛熱被加熱使得它經(jīng)歷從液體至蒸汽的相變。
[0066]如箭頭指示的，蒸汽PCM隨后流動(dòng)跨過(guò)芯吸層222并進(jìn)入蒸汽空間224。蒸汽PCM在蒸汽空間224內(nèi)從蒸發(fā)區(qū)域204流動(dòng)至冷凝區(qū)域208、從熱的一側(cè)流動(dòng)至冷的一側(cè)或者從圖5中的右邊流動(dòng)至左邊。
[0067]在冷凝區(qū)域208內(nèi)，經(jīng)由至循環(huán)70中工作流體的熱傳導(dǎo)來(lái)冷卻蒸汽PCM。經(jīng)由熱傳導(dǎo)從PCM以及外殼202兩邊傳輸熱量以冷卻PCM。經(jīng)由熱傳導(dǎo)和對(duì)流中的至少一者將熱量從外殼傳輸至循環(huán)70中的工作流體。如箭頭所指示的，液體PCM流動(dòng)跨過(guò)并通過(guò)芯吸層222并進(jìn)入液體空間220。至少通過(guò)PCM蒸發(fā)的潛熱冷卻PCM使得其經(jīng)歷從蒸汽至液體的相變。液體PCM在液體空間220內(nèi)從冷凝區(qū)域208流動(dòng)至蒸發(fā)區(qū)域204、從冷的一側(cè)流動(dòng)至熱的一側(cè)或者從圖5中的左邊流動(dòng)至右邊。
[0068]圖6示出了用于車(chē)輛(諸如車(chē)輛10)的蘭金循環(huán)250的另一示例。循環(huán)中的與上述的關(guān)于圖1的那些元件類(lèi)似的元件設(shè)置有相同的標(biāo)號(hào)。循環(huán)250具有將熱量從車(chē)輛系統(tǒng)62傳輸至循環(huán)250的導(dǎo)熱管84。車(chē)輛系統(tǒng)62是用于車(chē)輛中各種電氣部件(例如，牽引電池58、逆變器94和/或馬達(dá)52)的電氣冷卻系統(tǒng)252。還可使用冷卻系統(tǒng)252冷卻其它車(chē)輛電氣部件。冷卻系統(tǒng)252可以是包含再循環(huán)冷卻劑(諸如水、乙二醇和/或另外的流體)以從電氣部件去除熱的閉環(huán)系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)252可流動(dòng)經(jīng)過(guò)冷卻套等以將熱量從電氣部件傳輸?shù)嚼鋮s劑。隨后冷卻劑流過(guò)與導(dǎo)熱管84的蒸發(fā)部分86熱接觸的室或管道66。熱量從冷卻劑傳輸?shù)綄?dǎo)熱管84的蒸發(fā)部分86處的PCM。因此，冷卻劑溫度降低，并且冷卻劑可被引導(dǎo)返回到電氣部件以用于繼續(xù)冷卻。冷卻系統(tǒng)252還可設(shè)置有栗64和貯液器(未示出)。
[0069]導(dǎo)熱管84可以是設(shè)置在冷卻系統(tǒng)252中的唯一的散熱器，忽略系統(tǒng)252中的任何熱損失。因此，冷卻系統(tǒng)252可設(shè)置在車(chē)輛中而不使用空冷式熱交換器。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，散熱器或其它熱交換器經(jīng)由與外界空氣的熱傳遞來(lái)冷卻冷卻劑流體。
[0070]導(dǎo)熱管84中的PCM在熱交換器74中加熱循環(huán)250中的工作流體。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣還可在熱交換器76中向循環(huán)250提供熱量。膨脹器90通過(guò)汽相工作流體而旋轉(zhuǎn)以向車(chē)輛提供電功率或機(jī)械功率。工作流體隨后在熱交換器96中冷卻并返回到栗72以完成該循環(huán)。
[0071]圖7示出了用于車(chē)輛(諸如車(chē)輛10)的蘭金循環(huán)270的另一示例。循環(huán)中的與上述的關(guān)于圖1的那些元件類(lèi)似的元件設(shè)置有相同的標(biāo)號(hào)。循環(huán)270具有將熱量從車(chē)輛系統(tǒng)62傳輸至循環(huán)270的導(dǎo)熱管84。車(chē)輛系統(tǒng)62是燃料輸送系統(tǒng)272。燃料輸送系統(tǒng)272被控制為向發(fā)動(dòng)機(jī)50的燃燒室提供燃料。使用燃料栗276從燃料箱274栗送燃料。燃料箱可包含諸如柴油、汽油、生物柴油、醇基燃料(例如，乙醇、甲醇)等的燃料。在示出的示例中，發(fā)動(dòng)機(jī)50是壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，燃料箱274包含柴油燃料。栗276可位于箱274的外部(如所示出的)或者在另一示例中栗276可設(shè)置在箱274中。
[0072]栗將燃料提供至燃料供應(yīng)線路或系統(tǒng)278。燃料供應(yīng)線路278可包括燃料分配管(fuel rail)、燃料噴嘴等。燃料噴嘴可被電控制或機(jī)械控制。在供應(yīng)線路278中，燃料可由于鄰近發(fā)動(dòng)機(jī)50而被加熱。
[0073]燃料輸送系統(tǒng)272還具有流體地連接供應(yīng)線路278與燃料箱274的燃料返回線路280，以使任何未使用的燃料返回到箱274。燃料返回線路280包括與導(dǎo)熱管84的蒸發(fā)部分86熱接觸的室或管道282。熱量從返回的燃料傳輸至導(dǎo)熱管84的蒸發(fā)部分86處的PCM。在返回線路280中可通過(guò)導(dǎo)熱管84冷卻未使用的燃料，以降低燃料在其返回到箱274之前的溫度。通過(guò)降低未使用的燃料在其返回到燃料箱之前的溫度，可提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率并且可延長(zhǎng)燃料系統(tǒng)部件的壽命。
[0074]導(dǎo)熱管84可以是設(shè)置在燃料輸送系統(tǒng)272中的唯一的散熱器，忽略系統(tǒng)272中的任何熱損失。因此系統(tǒng)272可設(shè)置在車(chē)輛中而不使用空冷式熱交換器來(lái)冷卻返回的燃料。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，空冷式熱交換器可經(jīng)由與外界空氣的熱傳遞而用于冷卻未使用的燃料。
[0075]導(dǎo)熱管84中的PCM在熱交換器74中加熱循環(huán)270中的工作流體。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣還可在熱交換器76中向循環(huán)270提供熱量。膨脹器90通過(guò)汽相工作流體而旋轉(zhuǎn)以向車(chē)輛提供電功率或機(jī)械功率。工作流體隨后在熱交換器96中冷卻并返回到栗72以完成該循環(huán)。
[0076]本公開(kāi)的多個(gè)示例具有關(guān)聯(lián)的非限制優(yōu)點(diǎn)。例如，車(chē)輛中的熱力循環(huán)可以用于回收廢熱和能量并且提高車(chē)輛效率。熱力循環(huán)可以是蘭金循環(huán)。提供有從車(chē)輛系統(tǒng)中的車(chē)輛系統(tǒng)流體回收廢熱并且加熱熱力循環(huán)中工作流體的導(dǎo)熱管。導(dǎo)熱管提供了一種用于車(chē)輛系統(tǒng)流體和工作流體之間熱傳遞的被動(dòng)裝置。車(chē)輛系統(tǒng)流體可以是電氣系統(tǒng)冷卻劑、燃料、潤(rùn)滑劑(例如發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑劑)等。導(dǎo)熱管是包含在液相和汽相之間運(yùn)轉(zhuǎn)的相變材料的封閉的密封系統(tǒng)。導(dǎo)熱管的高效率和熱傳導(dǎo)性提供了一種加熱循環(huán)中的工作流體以及從車(chē)輛系統(tǒng)和部件回收廢熱的可靠且有效的方式。
[0077]盡管上文描述了示例實(shí)施例，并非意味著這些實(shí)施例描述了本發(fā)明的所有可能形式。相反，說(shuō)明書(shū)中使用的詞語(yǔ)為描述性詞語(yǔ)而非限定性，并且應(yīng)理解在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以作出各種改變。此外，可以組合各種執(zhí)行實(shí)施例的特征以形成本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種車(chē)輛，包括: 發(fā)動(dòng)機(jī)，具有排氣系統(tǒng)； 在包含工作流體的熱力循環(huán)中順序地流體連通的膨脹器、冷凝器、栗、第一加熱器和第二加熱器，所述第二加熱器與所述排氣系統(tǒng)中的排氣熱接觸； 導(dǎo)熱管，包含相變材料和芯吸層并且具有蒸發(fā)區(qū)域和冷凝區(qū)域，所述冷凝區(qū)域與第一加熱器中的工作流體熱接觸，所述導(dǎo)熱管限定蒸汽空間和液體空間； 車(chē)輛系統(tǒng)，被配置為將來(lái)自車(chē)輛部件的廢熱經(jīng)由再循環(huán)流體提供至導(dǎo)熱管的蒸發(fā)區(qū)域。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)輛，其中，所述車(chē)輛系統(tǒng)是用于發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng)，所述再循環(huán)流體是發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑劑。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)輛，還包括電機(jī)和牽引電池； 其中，所述車(chē)輛系統(tǒng)是用于牽引電池的電氣冷卻系統(tǒng)，再循環(huán)流體是冷卻劑。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)輛，其中，所述車(chē)輛系統(tǒng)是用于發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料輸送系統(tǒng)，再循環(huán)流體是燃料； 其中，導(dǎo)熱管的蒸發(fā)區(qū)域與燃料輸送系統(tǒng)的返回線路中的燃料熱接觸。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)輛，其中，所述導(dǎo)熱管的冷凝區(qū)域位于所述熱力循環(huán)的第一加熱器的內(nèi)部區(qū)域中，使得所述工作流體流過(guò)所述冷凝區(qū)域的外表面。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)輛，其中，所述導(dǎo)熱管具有外壁，所述液體空間鄰近于所述外壁，所述芯吸層位于所述外壁和所述蒸汽空間之間。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)輛，其中，所述排氣系統(tǒng)具有配置用于控制所述排氣在所述第二加熱器和旁通管道之間的流動(dòng)的閥門(mén)。8.—種車(chē)輛，包括: 在包含工作流體的熱力循環(huán)中順序地流體連通的膨脹器、冷凝器、栗、和加熱器； 導(dǎo)熱管，包含相變材料并且具有冷凝區(qū)域和蒸發(fā)區(qū)域，所述蒸發(fā)區(qū)域與車(chē)輛系統(tǒng)的再循環(huán)流體熱接觸； 其中，所述加熱器提供工作流體與導(dǎo)熱管的冷凝區(qū)域之間的熱接觸。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的車(chē)輛，還包括具有排氣系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)； 其中，所述加熱器是第一加熱器，所述熱力循環(huán)具有位于第一加熱器之后的第二加熱器； 其中，第二加熱器提供工作流體與排氣系統(tǒng)中的排氣之間的熱接觸。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的車(chē)輛，其中，所述加熱器是第一加熱器，所述熱力循環(huán)具有位于第一加熱器之后的第二加熱器，所述車(chē)輛還包括: 另一導(dǎo)熱管，包含另一相變材料并具有另一冷凝區(qū)域和另一蒸發(fā)區(qū)域，所述另一蒸發(fā)區(qū)域與另一車(chē)輛系統(tǒng)的另一再循環(huán)流體熱接觸； 其中，第二加熱器提供工作流體與所述另一導(dǎo)熱管的另一冷凝區(qū)域之間的熱接觸。11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的車(chē)輛，其中，所述車(chē)輛系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)、電氣冷卻系統(tǒng)和燃料輸送系統(tǒng)中的一個(gè)。12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的車(chē)輛，其中，導(dǎo)熱管的蒸發(fā)區(qū)域被配置為將熱量從再循環(huán)流體被動(dòng)地傳輸?shù)较嘧儾牧稀?3.根據(jù)權(quán)利要求12所述的車(chē)輛，其中，導(dǎo)熱管的蒸發(fā)區(qū)域位于車(chē)輛系統(tǒng)的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)，使得再循環(huán)流體流過(guò)蒸發(fā)區(qū)域并以對(duì)流的方式加熱蒸發(fā)區(qū)域。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的車(chē)輛，其中，導(dǎo)熱管的蒸發(fā)區(qū)域沿著車(chē)輛系統(tǒng)的外表面設(shè)置，使得再循環(huán)流體以對(duì)流的方手加熱蒸發(fā)區(qū)域。15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的車(chē)輛，其中，導(dǎo)熱管包含芯吸層并具有蒸汽空間和液體空間。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的車(chē)輛，其中，導(dǎo)熱管具有外壁，液體空間與外壁相鄰，芯吸層位于外壁與蒸汽空間之間。17.根據(jù)權(quán)利要求8所述的車(chē)輛，其中，導(dǎo)熱管的冷凝區(qū)域被配置為將熱量從相變材料被動(dòng)地傳輸至工作流體； 其中，導(dǎo)熱管的冷凝區(qū)域位于加熱器中，使得熱力循環(huán)的工作流體流過(guò)冷凝區(qū)域的外表面。18.一種方法，包括: 在導(dǎo)熱管的蒸發(fā)區(qū)域中利用車(chē)輛冷卻系統(tǒng)的再循環(huán)流體加熱相變材料； 在與熱力循環(huán)中的膨脹器、冷凝器和栗順序地流體連通的加熱器中利用導(dǎo)熱管的冷凝區(qū)域加熱混合相態(tài)的工作流體； 利用工作流體驅(qū)動(dòng)膨脹器的軸以用于車(chē)輛中的能量回收。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述加熱器是預(yù)熱器，所述方法進(jìn)一步包含: 利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣加熱位于熱力循環(huán)中的預(yù)熱器與膨脹器之間的蒸發(fā)器中的工作流體。20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括:使用導(dǎo)熱管的蒸發(fā)區(qū)域冷卻車(chē)輛冷卻系統(tǒng)的再循環(huán)流體； 利用來(lái)自車(chē)輛部件的廢熱加熱車(chē)輛冷卻系統(tǒng)的再循環(huán)流體，再循環(huán)流體為潤(rùn)滑劑、冷卻劑和燃料中的一種。
【文檔編號(hào)】F02G5/04GK105822375SQ201610045147
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年1月22日
【發(fā)明人】周時(shí)光
【申請(qǐng)人】福特全球技術(shù)公司