Способ и система для рекуперации тепла отработавших газов

1. Способ для двигателя, содержащий шаги, на которых:
когда тепловая энергия отработавших газов выше первого порога, пропускают отработавшие газы через теплообменник после того, как часть тепловой энергии будет аккумулирована в устройстве аккумулирования тепловой энергии выше по потоку от теплообменника; и
когда тепловая энергия отработавших газов ниже второго порога, пропускают отработавшие газы через теплообменник после отбора тепловой энергии из устройства аккумулирования тепловой энергии.
2. Способ по п. 1, в котором тепловую энергию отработавших газов определяют как функцию от температуры отработавших газов и расхода отработавших газов.
3. Способ по п. 1, в котором теплообменник входит в состав утилизационного цикла, при этом указанный цикл также включает в себя детандер, конденсатор, насос и аккумуляторную батарею, соединенную с детандером, причем пропускание отработавших газов через теплообменник включает в себя передачу тепла от отработавших газов рабочему телу утилизационного цикла в теплообменнике.
4. Способ по п. 3, в котором первый порог выше второго порога, причем первый и второй пороги зависят от параметра утилизационного цикла, при этом в число параметров входят перепад давления на детандере, характер рабочего тела и температура рабочего тела.
5. Способ по п. 1, дополнительно содержащий шаг, на котором, когда тепловая энергия отработавших газов находится между первым порогом и вторым порогом, пропускают отработавшие газы в теплообменник по перепускному каналу в обход указанного устройства аккумулирования тепла.
6. Способ по п. 1, в котором, когда тепловая энергия отработавших газов выше первого порога, пропускание отработавших газов через теплообменник включает в себя пропускание первой части отработавших газов непосредственно в теплообменник в обход устройства аккумулирования тепла с одновременным пропусканием второй части отработавших газов в теплообменник через устройство аккумулирования тепла, причем часть тепловой энергии, аккумулируемую в устройстве аккумулирования тепла, получают из второй части отработавших газов.
7. Способ по п. 1, дополнительно содержащий шаги, на которых, когда тепловая энергия отработавших газов ниже второго порога:
в первом состоянии осуществляют рециркуляцию части отработавших газов из области ниже по потоку от теплообменника в область выше по потоку от устройства аккумулирования тепла, осуществляют смешивание рециркулируемых отработавших газов с отработавшими газами, образовавшимися в двигателе, с образованием объединенного потока отработавших газов, осуществляют нагрев объединенного потока отработавших газов путем отбора тепловой энергии из устройства аккумулирования тепла, а затем пропускают объединенный поток отработавших газов через теплообменник; и
во втором состоянии осуществляют забор воздуха окружающей среды посредством нагнетателя, соединенного с вентиляционной линией, направляют воздух окружающей среды в область выше по потоку от устройства аккумулирования тепла, осуществляют смешивание воздуха окружающей среды с отработавшими газами, образовавшимися в двигателе, с образованием объединенного потока отработавших газов, осуществляют нагрев объединенного потока отработавших газов путем отбора тепловой энергии из устройства аккумулирования тепла, а затем пропускают объединенный поток отработавших газов через теплообменник.
8. Способ по п. 7, в котором устройство аккумулирования тепла содержит материал с фазовым переходом, причем аккумулирование тепловой энергии включает в себя переход материала с фазовым переходом из твердой фазы в жидкую фазу, причем отдача тепловой энергии включает в себя переход материала с фазовым переходом из жидкой фазы в твердую фазу.
9. Способ по п. 7, в котором первое состояние включает в себя то, что тепловая энергия ниже второго порога из-за температуры отработавших газов ниже пороговой и расхода отработавших газов выше порогового, а второе состояние включает в себя то, что тепловая энергия ниже второго порога из-за температуры отработавших газов выше пороговой и расхода отработавших газов ниже порогового.
10. Способ по п. 7, в котором часть отработавших газов, рециркулируемая из области ниже по потоку от теплообменника в область выше по потоку от устройства аккумулирования тепла, зависит от разности тепловой энергии отработавших газов и второго порога, при этом данная часть тем больше, чем больше разность тепловой энергии отработавших газов и второго порога, при этом данную часть отработавших газов увеличивают путем увеличения прохода рециркуляционного клапана, соединенного с каналом рециркуляции.
11. Способ по п. 10, в котором количество воздуха, забираемого посредством нагнетателя, зависит от разности тепловой энергии отработавших газов и второго порога, при этом данное количество тем больше, чем больше разность тепловой энергии отработавших газов и второго порога, при этом количество забираемого воздуха увеличивают путем увеличения прохода вентиляционного клапана и/или подачи нагнетателя.
12. Способ по п. 1, дополнительно содержащий шаг, на котором во время холодного пуска двигателя, независимо от тепловой энергии отработавших газов, пропускают отработавшие газы непосредственно в теплообменник в обход устройства аккумулирования тепла.
13. Способ для двигателя, содержащий шаги, на которых:
в первом состоянии аккумулируют тепловую энергию из по меньшей мере части отработавших газов в устройстве аккумулирования тепловой энергии, а затем пропускают отработавшие газы через теплообменник; и
во втором состоянии осуществляют рециркуляцию части отработавших газов из области ниже по потоку от теплообменника в область выше по потоку от устройства аккумулирования тепла и отбор тепловой энергии в отработавшие газы из устройства аккумулирования тепла перед тем, как пропустить отработавшие газы через теплообменник;
причем и в первом, и во втором состояниях поддерживают подвод тепла от отработавших газов в теплообменник.
14. Способ по п. 13, дополнительно содержащий шаги, на которых: в третьем состоянии повышают расход отработавших газов через теплообменник путем забора воздуха окружающей среды в отработавшие газы выше по потоку от устройства аккумулирования тепла, осуществляют смешивание воздуха окружающей среды с отработавшими газами, а затем пропускают смесь воздуха и отработавших газов через теплообменник, причем в третьем состоянии также поддерживают подвод тепла.
15. Способ по п. 14, в котором первое состояние включает в себя то, что тепловая энергия отработавших газов выше первого порога, второе состояние включает в себя то, что тепловая энергия отработавших газов ниже второго порога и температура отработавших газов ниже пороговой, а третье состояние включает в себя то, что тепловая энергия отработавших газов ниже второго порога и расход отработавших газов ниже порогового, причем тепловая энергия отработавших газов зависит от температуры отработавших газов и расхода отработавших газов, при этом тепловая энергия отработавших газов возрастает при возрастании по меньшей мере температуры отработавших газов или расхода отработавших газов, причем поддержание подвода тепла включает в себя поддержание тепловой энергии отработавших газов между первым и вторым порогами тепловой энергии отработавших газов, причем первый порог выше второго порога.
16. Способ по п. 13, дополнительно содержащий шаг, на котором в четвертом состоянии, когда тепловая энергия отработавших газов находится между первым и вторым порогами, пропускают отработавшие газы в теплообменник в обход устройства аккумулирования тепла.
17. Способ по п. 13, в котором во время течения отработавших газов через теплообменник осуществляют передачу тепловой энергии органическому телу, циркулирующему через теплообменник, осуществляют выработку электроэнергии из тепловой энергии посредством утилизационного цикла, включающего в себя теплообменник, и аккумулируют электроэнергию в аккумуляторной батарее, соединенной с детандером утилизационного цикла.
18. Система двигателя, соединенная с транспортным средством, содержащая:
впускной коллектор двигателя;
выпускную систему двигателя, содержащую датчик температуры отработавших газов и датчик давления отработавших газов, соединенные с основным выпускным каналом, перепускной канал, соединенный с основным выпускным каналом параллельно устройству аккумулирования тепла, и канал рециркуляции, содержащий нагнетатель, для рециркуляции отработавших газов из области ниже по потоку от теплообменника в область выше по потоку от устройства аккумулирования тепла;
систему рекуперации тепла отработавших газов, содержащую устройство аккумулирования тепла, соединенное с выпускным каналом, теплообменник, установленный ниже по потоку от устройства аккумулирования тепла, утилизационный цикл, включающий в себя теплообменник, детандер, соединенный с аккумуляторной батареей, конденсатор и насос для циркуляции рабочего тела через утилизационный цикл;
вентиляционную линию, содержащую вентиляционный клапан, соединенный с каналом рециркуляции;
отводной клапан, соединенный с выпускным каналом, для регулирования потока отработавших газов по перепускному каналу;
рециркуляционный клапан, соединенный с каналом рециркуляции, для регулирования рециркуляции отработавших газов из области ниже по потоку от теплообменника в область выше по потоку от устройства аккумулирования тепла; и
контроллер с машиночитаемыми инструкциями, сохраненными в долговременной памяти, для:
эксплуатации системы рекуперации тепла отработавших газов в первом режиме, в котором отводной клапан закрыт, рециркуляционный клапан закрыт и вентиляционный клапан закрыт, для пропускания отработавших газов непосредственно в теплообменник в обход устройства аккумулирования тепла; и
эксплуатации системы рекуперации тепла отработавших газов во втором режиме, в котором отводной клапан открыт, рециркуляционный клапан закрыт и вентиляционный клапан закрыт, для пропускания первой части отработавших газов непосредственно в теплообменник в обход устройства аккумулирования тепла, а второй части отработавших газов - в теплообменник через устройство аккумулирования тепла с передачей тепловой энергии из второй части отработавших газов устройству аккумулирования тепла; и
перехода из первого во второй режим, если результат оценки тепловой энергии отработавших газов превысит первый порог, при этом тепловую энергию отработавших газов оценивают по входным сигналам от датчиков температуры и давления отработавших газов.
19. Система по п. 18, в которой контроллер содержит дополнительные инструкции для:
эксплуатации системы рекуперации тепла отработавших газов в третьем режиме, в котором отводной клапан закрыт, рециркуляционный клапан открыт, а вентиляционный клапан закрыт, для пропускания по меньшей мере части отработавших газов из области ниже по потоку от теплообменника в область выше по потоку от устройства аккумулирования тепла, смешивания данной части отработавших газов с отработавшими газами, образовавшимися в двигателе, нагрева смеси отработавших газов путем отбора тепловой энергии из устройства аккумулирования тепла с последующим пропусканием данной смеси отработавших, газов через теплообменник;
эксплуатации системы рекуперации тепла отработавших газов в четвертом режиме, в котором отводной клапан закрыт, рециркуляционный клапан открыт и вентиляционный клапан открыт, для забора воздуха окружающей среды по вентиляционной линии, смешивания воздуха окружающей среды с отработавшими газами, образовавшимися в двигателе, нагрева смеси отработавших газов и воздуха путем отбора тепловой энергии из устройства аккумулирования тепла, с последующим пропусканием смеси отработавших газов и воздуха через теплообменник;
перехода из второго в третий режим в связи с падением тепловой энергии отработавших газов ниже второго порога тепловой энергии, который ниже первого порога тепловой энергии; и
перехода из третьего в четвертый режим в связи с падением расхода отработавших газов.
20. Система по п. 18, в которой в первом, втором, третьем и четвертом режимах предусмотрена возможность передачи тепловой энергии из отработавших газов или смеси отработавших газов и воздуха, текущих через теплообменник, рабочему телу, затем направления данного тела через детандер утилизационного цикла, в котором происходит выработка электроэнергии из тепловой энергии, и аккумулирования электроэнергии в аккумуляторной батарее.