專利名稱：排氣熱回收系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用到諸如汽車的車輛上的排氣熱回收系
統(tǒng)，其供給熱以加熱車廂和暖機(jī)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有具有下列特征的車輛熱泵系統(tǒng)(例如，公開號為 H3-90430的日本專利申請(JP-A-3-90430 )中公開的熱泵系統(tǒng))。該熱 泵系統(tǒng)包括排氣熱交換器和熱泵電路。在排氣熱交換器中，回收從內(nèi) 燃機(jī)排放的排氣的熱，并將其傳送到發(fā)動機(jī)冷卻液。所述熱泵電路利 用外部空氣和在排氣熱交換器中加熱的發(fā)動機(jī)冷卻液作為熱源。如果 當(dāng)發(fā)動機(jī)冷卻液的溫度低時選擇加熱模式，則停止對暖風(fēng)氣箱供給發(fā) 動機(jī)冷卻液，并且利用熱泵電路加熱車廂。然而，在上述技術(shù)中，因?yàn)樗鰺岜美猛獠靠諝夂驮谂艢?熱交換器中加熱的發(fā)動沖幾冷卻液作為熱源，從而希望進(jìn)一步改善有效 加熱的熱泵效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提高一種能有效回收排氣熱的排氣熱回收 系統(tǒng)。在根據(jù)上述方案的排氣熱回收系統(tǒng)中，從內(nèi)燃機(jī)排放的排氣 的排氣熱(能量)被回收并被傳送到排氣熱回收熱交換器中的冷卻液， 以用于使得內(nèi)燃機(jī)快速變暖、加熱車廂和其它目的。此外，排氣的排 氣熱被回收且被傳送到吸熱熱交換器中的制冷劑，并被用作熱源來運(yùn) 行熱泵。例如，通過從放熱熱交換器中的制冷劑傳送的熱，使得內(nèi)燃 機(jī)快速變暖并加熱車廂。因?yàn)闊岜檬褂门艢庾鳛闊岜玫臒嵩?，也就是，因?yàn)闊岜檬褂?高溫流體作為熱源，所以熱泵效率高。因此當(dāng)排放排氣時，不將排氣 熱排放車輛外部并能有效地回收。根據(jù)本發(fā)明的熱泵因此具有比使用
相對低溫的外部空氣或諸如冷卻液的流體作為熱源的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)更高的 性能。從而，改善整個車輛的熱效率。因此，在根據(jù)上述方案的排氣熱回收系統(tǒng)中，能有效回收排 氣熱。此外，因?yàn)閷⑴艢庥米鳠岜玫臒嵩矗阅芊乐菇Y(jié)霜。在根據(jù)上述方案的排氣熱回收系統(tǒng)中，熱泵的吸熱熱交換器 可設(shè)置在所述排氣的流動方向中的排氣熱回收熱交換器的下游。在根據(jù)上述方案的排氣熱回收系統(tǒng)中，排氣的排氣熱首先在 排氣熱回收熱交換器中被回收并被傳送到冷卻液，然后在排氣熱回收 熱交換器中未被回收的排氣熱在熱泵中被回收。此外，因?yàn)樵谂艢鉄?回收熱交換器中將排氣的熱傳送到冷卻液之后，在吸熱熱交換器中將 余熱以相對低溫從排氣傳送到制冷劑，所以能防止制冷劑過熱(即， 過壓的增加)。因此，通過使用簡單的結(jié)構(gòu)能保護(hù)熱泵免受高溫，并且能利用與例如使排氣熱回收熱交換器中的熱傳送區(qū)域擴(kuò)張的系統(tǒng)相比 更緊湊的系統(tǒng)，來有效回收排氣熱。在根據(jù)上述方案的排氣熱回收系統(tǒng)中，所述冷卻液可通過由 來自所述內(nèi)燃機(jī)的動力驅(qū)動的泵循環(huán)。根據(jù)上述方案的排氣熱回收系統(tǒng)可進(jìn)一步包括排氣熱回收
氣排放到外部的排放狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。在所述排氣熱回收系統(tǒng)中，通過 將所述排氣熱回收開關(guān)裝置從排放狀態(tài)轉(zhuǎn)換到排氣熱回收狀態(tài)，使得 所述排氣流經(jīng)所述排氣熱回收熱交換器和所述吸熱熱交換器。根據(jù)上述方案的排氣熱回收系統(tǒng)可進(jìn)一步包括控制裝置，在 所述冷卻液的溫度低于預(yù)定溫度時，所述控制裝置將所述排氣熱回收 開關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述排氣熱回收狀態(tài)，并且在所述冷卻液的所述溫度 等于或高于所述預(yù)定溫度時，將所述排氣熱回收開關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述 排放狀態(tài)。在根據(jù)上述方案的排氣熱回收系統(tǒng)中，所述熱泵可包括壓縮 機(jī)，所述壓縮機(jī)對在所述吸熱熱交換器中所述熱已傳送到其上的所述 制冷劑進(jìn)行壓縮。所述排氣熱回收系統(tǒng)可進(jìn)一步包括控制裝置，當(dāng)所 述冷卻液的溫度低于預(yù)定溫度時，所述控制裝置將所述排氣熱回收開 關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述排氣熱回收狀態(tài)，并運(yùn)行所述壓縮機(jī)。在根據(jù)上述方案的排氣熱回收系統(tǒng)中，當(dāng)所述冷卻液的所述 溫度等于或高于所述預(yù)定溫度時，所述控制裝置控制所述排氣熱回收 開關(guān)裝置到所述排放狀態(tài)，并控制所述壓縮機(jī)到停止?fàn)顟B(tài)。
在根據(jù)上述方案的排氣熱回收系統(tǒng)中，將所述熱泵的放熱熱 交換器構(gòu)造成使得在其中將所述熱從制冷劑傳送到冷卻液。在根據(jù)上述方案的排氣熱回收系統(tǒng)中，在熱泵的放熱熱交換 器中將熱釋放到冷卻液，因此從排氣回收的所有熱被傳送到冷卻液。 這樣，利用所述冷卻液，能快速使得內(nèi)燃機(jī)變暖，并且能達(dá)到空氣加 熱(對用于空氣調(diào)節(jié)的空氣加熱)。在根據(jù)上述方案的排氣熱回收系統(tǒng)中，所述熱泵的放熱熱交 的上游。在根據(jù)上述方案的排氣熱回收系統(tǒng)中，在熱泵系統(tǒng)的放熱熱 交換器中將排氣熱釋放到冷卻液中。因?yàn)樵趯⑺隼鋮s液在排氣回收 熱交換器中加熱之前以相對低溫將所述熱釋放到冷卻液，所以熱泵效 率高，從而有助于改善整個熱回收效率。在^f艮據(jù)上述方案的排氣熱回收系統(tǒng)中，因?yàn)樵谘h(huán)通道中以 最低溫將所述熱釋放到冷卻液中，也就是，在暖氣風(fēng)箱中將熱從冷卻 液釋放到空氣中之后，而在排氣熱回收熱交換器中加熱冷卻液之前， 將所述熱釋》文到冷卻液中，因此進(jìn)一步改善熱泵效率，從而有助于進(jìn) 一步改善整個熱回收效率。
在根據(jù)上述方案的排氣熱回收系統(tǒng)中，可構(gòu)造所述熱泵的放 熱熱交換器，使得在其中將所述熱從制冷劑傳送到用于空氣調(diào)節(jié)的空
氣在根據(jù)上述方案的排氣熱回收系統(tǒng)中，在所述熱泵的放熱熱 交換器中加熱用于空氣調(diào)節(jié)的空氣，從而將回收熱用于車廂加熱。因 為在熱釋放熱交換器中直接加熱空氣，所以加熱開始時間能短于發(fā)動 機(jī)冷卻液用于加熱的情況。根據(jù)上述方案的排氣熱回收系統(tǒng)可進(jìn)一步包括暖氣風(fēng)箱，其 設(shè)置在用于所述冷卻液的循環(huán)通道中并加熱用于空氣調(diào)節(jié)的空氣；以 及暖氣風(fēng)箱開關(guān)裝置，其在將用于空氣調(diào)節(jié)的所述空氣供給到所述暖 氣風(fēng)箱的供氣狀態(tài)和未將用于空氣調(diào)節(jié)的所述空氣供給到所述暖氣風(fēng) 箱的暖氣風(fēng)箱旁路狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。在根據(jù)上述方案的排氣熱回收系統(tǒng)中，當(dāng)所述暖氣風(fēng)箱開關(guān) 裝置停止供給空氣到暖氣風(fēng)箱時，則不從暖氣風(fēng)箱中釋放熱以便加熱 所述空氣。因此，在暖氣風(fēng)箱中停留的冷卻液的溫度不增加，并能縮 短用于內(nèi)燃^L的變暖時間。根據(jù)上述方案的排氣熱回收系統(tǒng)可進(jìn)一步包括熱泵開關(guān)裝 置，其在將用于空氣調(diào)節(jié)的所述空氣供給到所述放熱熱交換器的供氣 狀態(tài)和未將用于空氣調(diào)節(jié)的所述空氣供給到所述放熱熱交換器的熱泵 旁路狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。在根據(jù)上述方案的排氣熱回收系統(tǒng)中，當(dāng)所述熱泵運(yùn)行時將 所述暖氣風(fēng)箱開關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述暖氣風(fēng)箱旁路狀態(tài)，并且當(dāng)所述熱 泵停止時將所述熱泵開關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述熱泵旁路狀態(tài)。
才艮據(jù)上述方案的排氣熱回收系統(tǒng)，可進(jìn)一步包括排氣熱回收
述排氣排放到外部的排放狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換；以及控制裝置，其在所述冷 卻液的溫度低于預(yù)定溫度時，將所述排氣熱回收開關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述 排氣熱回收狀態(tài)，并且將所述暖氣風(fēng)箱開關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述暖氣風(fēng)箱 旁路狀態(tài)。根據(jù)上述方案的排氣熱回收系統(tǒng)，其包括具有壓縮機(jī)的熱 泵，所述壓縮機(jī)對在所述吸熱熱交換器中所述熱已傳送到其上的制冷 劑進(jìn)行壓縮。所述排氣熱回收系統(tǒng)可進(jìn)一步包括排氣熱回收開關(guān)裝置，
部的排放狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換；以及控制裝置，在所述冷卻液的溫度低于預(yù) 定溫度時，如果有加熱用于空氣調(diào)節(jié)的所述空氣的請求，則所述控制 裝置將所述排氣熱回收開關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述排氣熱回收狀態(tài)，并運(yùn)行 所述壓縮才幾。在根據(jù)上述方案的排氣熱回收系統(tǒng)中，當(dāng)所述冷卻液的溫度 低于所述預(yù)定溫度時，如果有加熱的所述請求，則所述控制裝置將所 述暖氣風(fēng)箱開關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述暖氣風(fēng)箱旁路狀態(tài)。在根據(jù)上述方案的排氣熱回收系統(tǒng)中，當(dāng)所述冷卻液的溫度 等于或高于所述預(yù)定溫度時，所述控制裝置控制所述排氣熱回收開關(guān) 裝置到所述排放狀態(tài)，并控制所述壓縮機(jī)到停止?fàn)顟B(tài)。在如上述方案所述的排氣熱回收系統(tǒng)中，當(dāng)所述冷卻液的溫 度等于或高于所述預(yù)定溫度時，所述控制裝置控制所述熱泵開關(guān)裝置 到所述熱泵旁路狀態(tài)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明方案的排氣熱回收系統(tǒng)具有有效回收 排氣熱的優(yōu)點(diǎn)。


從下列結(jié)合附圖對優(yōu)選實(shí)施方式的描述中，本發(fā)明的上述和 /或其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更清晰，在附圖中相同的標(biāo)記用于 表示相似的元件，其中
圖1為示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的排氣熱回收系統(tǒng)的系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)圖。
圖2為示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的排氣熱回收系統(tǒng)的系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)圖。
圖3為示意性示出在空調(diào)器外殼中組成根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方 式的排氣熱回收系統(tǒng)的 一部分的放熱熱交換器的布置的側(cè)視截面圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合圖1描述作為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的排氣 熱回收系統(tǒng)的排氣熱回收系統(tǒng)10。圖1示出了排氣熱回收系統(tǒng)10的系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(系統(tǒng)流程圖)。如圖1所示，排氣熱回收系統(tǒng)10包括冷卻 液循環(huán)通道14，發(fā)動纟幾冷卻液通過該冷卻液循環(huán)通道14循環(huán)并^皮供給 到產(chǎn)生車輛驅(qū)動力的內(nèi)燃機(jī)12。在本實(shí)施方式中，由從內(nèi)燃機(jī)12輸出 的動力所驅(qū)動的機(jī)械泵15使發(fā)動機(jī)冷卻液在冷卻液循環(huán)通道14中循 環(huán)。應(yīng)注意的是，可以使用電動泵來代替機(jī)械泵。暖風(fēng)氣箱16設(shè)置在冷卻液循環(huán)通道14中。暖風(fēng)氣箱16用 作提供加熱車廂的熱空氣的熱交換器。在暖風(fēng)氣箱16中，發(fā)動機(jī)冷卻液用作熱源。更確切地，暖風(fēng)氣箱16設(shè)置在空調(diào)器外殼(未示出)中。 在暖風(fēng)氣箱16中，用從發(fā)動機(jī)冷卻液傳送的熱來加熱被引入到空調(diào)器 外殼中的空氣，從而將被加熱的空氣用于加熱車廂。通過由諸如風(fēng)扇 的鼓風(fēng)機(jī)(未示出)引入到車廂內(nèi)的被加熱的空氣來加熱車廂。此外，排氣熱回收熱交換器18設(shè)置在冷卻液循環(huán)通道14中。 在排氣熱回收熱交換器18中，從內(nèi)燃機(jī)12排放的排氣的排氣熱(能 量)被回收并被傳送到發(fā)動機(jī)冷卻液。更確切地，在排氣熱回收熱交 換器18中，流經(jīng)排氣管20的排氣的排氣熱被傳送到在冷卻液循環(huán)通 道14中循環(huán)的發(fā)動機(jī)冷卻液上，其中所述排氣管20連接到內(nèi)燃機(jī)12 的排氣歧管12A。排氣管20的下游邊緣(未示出)通大氣。排氣熱回收系統(tǒng)10進(jìn)一步包括用于回收排氣的排氣熱的熱 泵系統(tǒng)22。在該實(shí)施方式中，熱泵系統(tǒng)22被構(gòu)造為回收排氣熱并將其 傳送到發(fā)動機(jī)冷卻液。下面將給出詳細(xì)描述。熱泵系統(tǒng)22包括循環(huán)制冷劑的制冷劑循環(huán)通道24。在制冷 劑循環(huán)通道24中，依次設(shè)置有壓縮機(jī)26、放熱熱交換器28、膨脹閥 30和吸熱熱交換器32。在該實(shí)施方式中，C02制冷劑用作通過制冷劑 循環(huán)通道24循環(huán)的制冷劑。放熱熱交換器28用作熱泵系統(tǒng)22的制冷劑散熱器 (refrigerant radiator),并作為在其中將熱從C02制冷劑傳送到發(fā)動機(jī) 冷卻液的熱交換器。更確切地，在放熱熱交換器28中，熱從通過制冷 劑循環(huán)通道24循環(huán)的C02制冷劑傳送到發(fā)動機(jī)冷卻液。吸熱熱交換器 32用作在其中將熱從排氣傳送到C02制冷劑的熱交換器，并且其被構(gòu) 造為C02制冷劑從排氣中吸收排氣熱(即，回收排氣熱并將排氣熱傳送到C02制冷劑)。另外，在熱泵系統(tǒng)22中，C02制冷劑在吸熱熱交 換器32中蒸發(fā)，以便回收排氣熱作為潛熱并降低C02制冷劑的溫度和 壓力。然后壓縮機(jī)26壓縮低溫低壓的C02制冷劑以增加所述C02制冷 劑的溫度和壓力，并將高溫高壓的C02制冷劑發(fā)送到放熱熱交換器28 。 在放熱熱交換器28中，由所述高溫高壓C02制冷劑所攜帶的排氣熱被 回收并傳送到發(fā)動機(jī)冷卻液。膨脹閥30使CO2制冷劑膨脹以在將制冷 劑供給到吸熱熱交換器32之前將制冷劑轉(zhuǎn)換成低壓流體。這樣，在熱泵系統(tǒng)22中，排氣的排氣熱被回收并被傳送到 發(fā)動機(jī)冷卻液(即，在發(fā)動機(jī)冷卻液中存儲排氣熱)。在該實(shí)施方式中， 放熱熱交換器28設(shè)置在冷卻液循環(huán)通道14中暖氣風(fēng)箱16和排氣熱回 收熱交換器18之間，也就是，設(shè)置在發(fā)動機(jī)冷卻液的流動方向中的暖 氣風(fēng)箱16的下游和排氣熱回收熱交換器18的上游。吸熱熱交換器32設(shè)置在排氣管20中排氣的流動方向中的排 氣熱回收熱交換器18的下游。另外，在排氣管20中設(shè)置有旁路排氣 通道20A，以便繞過排氣熱回收熱交換器18和吸熱熱交換器32。在旁 路排氣通道20A中設(shè)置有開關(guān)閥34。當(dāng)開關(guān)閥34開啟時，排氣主要 流經(jīng)旁路排氣通道20A并被排放到外部。當(dāng)開關(guān)閥34關(guān)閉時，排氣依 次流經(jīng)排氣熱回收熱交換器18和吸熱熱交換器32，從而以上述方式回 收排氣。應(yīng)注意的是，開關(guān)閥34用作根據(jù)本發(fā)明的排氣熱回收開關(guān)裝 置。排氣熱回收系統(tǒng)IO還包括用作所述系統(tǒng)的控制裝置的ECU (未示出)。ECU電連接到壓縮機(jī)26和開關(guān)閥34，以便運(yùn)行和停止壓 縮機(jī)26以及開啟和關(guān)閉開關(guān)閥34。 ECU接收來自溫度傳感器的對應(yīng)于發(fā)動機(jī)冷卻液的溫度的輸出信號，以及接收來自空調(diào)ECU的表示加 熱負(fù)荷的信號。ECU基于所接收到的信號控制壓縮機(jī)26和開關(guān)閥34。在如上述配置的排氣熱回收系統(tǒng)10中，例如，當(dāng)發(fā)動機(jī)冷 卻液的溫度低于預(yù)定溫度時(例如，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)剛啟動時)，ECU關(guān)閉開 關(guān)閥34并運(yùn)行壓縮機(jī)26。然后來自內(nèi)燃機(jī)12的排氣流入排氣熱回收 熱交換器18和吸熱熱交換器32。在排氣熱回收熱交換器18中，發(fā)動 沖幾冷卻液直"l妄由/人高溫排氣傳送到發(fā)動沖幾冷卻液的熱來加熱。此外， 在熱泵系統(tǒng)22中，在吸熱熱交換器32中回收的排氣的排氣熱被傳送
到C02制冷劑，然后所述熱被從C02制冷劑供給到發(fā)動機(jī)冷卻液。結(jié)
果，發(fā)動一幾冷卻液^皮加熱。例如，當(dāng)發(fā)動機(jī)冷卻液的溫度變?yōu)榈扔诨蚋哂陬A(yù)定溫度時， ECU開啟開關(guān)閥34并停止壓縮機(jī)26 (以停止熱泵系統(tǒng)22 )。在這種情 況下，排氣主要流經(jīng)旁路排氣通道20A并被排放到外部。因?yàn)榕艢鉄峄厥障到y(tǒng)10設(shè)置有熱泵系統(tǒng)22，所以在排氣熱 回收熱交換器18中未回收的排氣熱(熱能)能在熱泵系統(tǒng)22中被回 收并被供給到發(fā)動機(jī)冷卻液(即，到暖氣風(fēng)箱16)。此外，因?yàn)闊岜孟?統(tǒng)22設(shè)置有利用排氣作為熱源的吸熱熱交換器32，換句話說，吸熱熱 交換器32的熱源為溫度比例如用外部空氣或發(fā)動機(jī)冷卻液作為熱源的 傳統(tǒng)構(gòu)造中的溫度高的流體，所以熱泵系統(tǒng)22的熱泵效率高。結(jié)果， 在排氣熱回收熱交換器18中未回收的排氣的排氣熱能有效地在熱泵系 統(tǒng)22中被回收。
吸熱熱交換器32設(shè)置在排氣的流動方向中的排氣熱回收熱 交換器18的下游。因此，能夠防止C02制冷劑過熱，即，由于高溫排 氣而過膨脹。換句話說，保護(hù)具有高的熱回收效率的熱泵系統(tǒng)22免受 高溫。此外，因?yàn)槲鼰釤峤粨Q器32使用排氣作為熱源，所以不會產(chǎn)生 例如當(dāng)外部空氣用作熱源時涉及到的結(jié)霜的問題。在排氣熱回收系統(tǒng)10中，因?yàn)樵跓岜孟到y(tǒng)22中回收的排氣 熱用于增加發(fā)動機(jī)冷卻液的溫度，所以內(nèi)燃機(jī)12很快變暖，并能改善 利用暖氣風(fēng)箱16的加熱性能。因此，即使在剛啟動內(nèi)燃機(jī)12之后， 也能獲得好的加熱性能。此外，在熱泵系統(tǒng)22中，設(shè)置放熱熱交換器28,以便將排 氣熱釋放到最低溫的發(fā)動機(jī)冷卻液，即，在冷卻液循環(huán)通道14中設(shè)置 的排氣熱回收熱交換器18中回收排氣熱之前和將排氣熱從暖氣風(fēng)箱16 中的冷卻液釋放之后的冷卻液。因此，熱泵效率高，并且能更有效地 回收排氣熱。因此，整個排氣熱回收系統(tǒng)10改善熱回收效率?；谏鲜鰞?nèi)容，在應(yīng)用排氣熱回收系統(tǒng)10的車輛中，改善 加熱性能同時維持好的燃料效率。也就是，能改善加熱性能而不會使 得燃料效率退化。更確切地，在沒有配置排氣熱回收熱交換器18和熱 泵系統(tǒng)22的傳統(tǒng)熱回收系統(tǒng)中，有必要為了改善加熱性能(增加發(fā)動 才幾冷卻液的溫度)而增加空載發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速來快速加熱冷卻液循環(huán)通道 14中的冷卻液或改變變速器的換擋正時。然而，在排氣熱回收系統(tǒng)IO 中，因?yàn)橛行У鼗厥张艢鉄岵⑵鋫魉偷桨l(fā)動機(jī)冷卻液，所以不再有 必要增加空載發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速或改變換擋正時，從而有利于改善加熱性能 而不會使得燃料效率退化。同時，發(fā)動機(jī)進(jìn)一步快速變暖同時維持好 的燃料效率。 .
因此，在根據(jù)第一實(shí)施方式的排氣熱回收系統(tǒng)10中，能有 效地回收排氣熱。接下來，將結(jié)合圖2和圖3描述才艮據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的 排氣熱回收系統(tǒng)50。在第二實(shí)施方式中和第一實(shí)施方式中相同的元件 和部分將用相同的附圖標(biāo)記表示，并因此將不再重復(fù)對其進(jìn)行詳細(xì)描 述。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的排氣熱回收系統(tǒng)50 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(系統(tǒng)流程圖)。如圖2所示，排氣熱回收系統(tǒng)50包括 熱泵系統(tǒng)52,代替上述熱泵系統(tǒng)22。這使得排氣熱回收系統(tǒng)50與根 據(jù)第一實(shí)施方式的排氣熱回收系統(tǒng)10區(qū)別開。熱泵系統(tǒng)52基本與熱泵系統(tǒng)22相同，除了熱泵系統(tǒng)52包 括在其中熱從C02制冷劑傳送到用于空氣調(diào)節(jié)的空氣中的放熱熱交換 器54，代替在其中熱從C02制冷劑傳送到發(fā)動機(jī)冷卻液的放熱熱交換 器28。因此，在熱泵系統(tǒng)52中，在吸熱熱交換器32中回收的排氣熱 被釋放到放熱熱交換器54中的空氣中，以便產(chǎn)生用于加熱車廂的熱空 氣。在本實(shí)施方式中，空氣加熱不需要從發(fā)動機(jī)冷卻液或暖氣風(fēng)箱16 傳送熱。如圖3所示，放熱熱交換器54和暖氣風(fēng)箱16設(shè)置在空調(diào)器 外殼56中。放熱熱交換器54和暖氣風(fēng)箱16形成車輛空調(diào)器58。車輛 空調(diào)器58的實(shí)例將在下面補(bǔ)充描述。如圖3所示，空調(diào)器外殼在其兩端敞開。外部風(fēng)門62和再 循環(huán)風(fēng)門64形成在空調(diào)器外殼56的一端上。外部風(fēng)門62和再循環(huán)風(fēng) 門64通過再循環(huán)/通風(fēng)開關(guān)調(diào)節(jié)風(fēng)門60來開啟和關(guān)閉。在空調(diào)器外殼56的另一端上，設(shè)置有朝向車廂敞開的多個出氣口 68，在適當(dāng)?shù)臅r候 通過模式選擇器調(diào)節(jié)風(fēng)門66來開啟和關(guān)閉。出氣口 68包括例如除霜 器出口68A、 一側(cè)/中央阻擋出氣口 68B和地板出氣口 68C。因此，允 許被加熱的空氣利用模式選擇器調(diào)節(jié)風(fēng)門66通過在期望位置的至少一 個出氣口 68流入車廂。此外，鼓風(fēng)機(jī)70設(shè)置在空調(diào)器外殼56中的外部風(fēng)門62和 再循環(huán)風(fēng)門64的下游。鼓風(fēng)機(jī)70將空氣通過外部風(fēng)門62或再循環(huán)風(fēng) 門64吸入到空調(diào)器外殼56中，并將吸入的空氣朝向出氣口 68發(fā)送。 在空調(diào)器外殼56中的鼓風(fēng)機(jī)70的下游設(shè)置有用于冷卻空氣調(diào)節(jié)用空 氣的蒸發(fā)器72。蒸發(fā)器72可構(gòu)成制冷循環(huán)(未示出)。當(dāng)執(zhí)行制冷循 環(huán)時，制冷劑通過從空氣傳送到制冷劑的熱在蒸發(fā)器72中蒸發(fā)，以便 從空氣中去除潛熱。冷熱空氣混合調(diào)節(jié)閥74和暖氣風(fēng)箱16設(shè)置在空調(diào)器外殼 56中的蒸發(fā)器72的下游。例如基于冷熱空氣混合調(diào)節(jié)閥74的開度， 將蒸發(fā)器72的下游空氣引導(dǎo)到暖氣風(fēng)箱16中，然后加熱空氣。隨后， 在與未通過暖風(fēng)氣箱16的未加熱空氣混合之后，將被加熱的空氣發(fā)送 到出氣口 68。冷熱空氣混合調(diào)節(jié)閥74能調(diào)整流經(jīng)暖氣風(fēng)箱16的空氣 量與未流經(jīng)暖氣風(fēng)箱16的空氣量的比率，所述比率在來自蒸發(fā)器72 的幾乎所有空氣都流經(jīng)暖氣風(fēng)箱16的狀態(tài)下的比率和來自蒸發(fā)器72 的幾乎所有空氣都未流經(jīng)暖氣風(fēng)箱16狀態(tài)下(后面的狀態(tài)將在下文中 稱為"暖氣風(fēng)箱旁路狀態(tài)，，)的比率之間。應(yīng)注意的是，冷熱空氣混合 調(diào)節(jié)閥74用作根據(jù)本發(fā)明的暖氣風(fēng)箱開關(guān)裝置。冷熱空氣混合調(diào)節(jié)閥76和放熱熱交換器54設(shè)置在空調(diào)器外 殼56中的暖氣風(fēng)箱16的下游。例如基于冷熱空氣混合調(diào)節(jié)閥76的開度，將蒸發(fā)器72 (暖氣風(fēng)箱16)的下游空氣引導(dǎo)到;^文熱熱交換器54 中，然后加熱空氣。隨后，在與未通過放熱熱交換器54的未加熱空氣 混合之后，將被加熱的空氣發(fā)送到出氣口 68。冷熱空氣混合調(diào)節(jié)閥76 能調(diào)整流經(jīng)放熱熱交換器54的空氣量與未流經(jīng)放熱熱交換器54的空 氣量的比率，所述比率在來自蒸發(fā)器72的幾乎所有空氣都流經(jīng)放熱熱 交換器54的狀態(tài)下的比率和來自蒸發(fā)器72的幾乎所有空氣都未流經(jīng) 放熱熱交換器54的狀態(tài)下(后面的狀態(tài)將在下文中稱為"熱泵旁路狀 態(tài)")的比率之間。應(yīng)注意的是，冷熱空氣混合調(diào)節(jié)閥76用作#4居本 發(fā)明的熱泵開關(guān)裝置。上述排氣熱回收系統(tǒng)50和車輛空調(diào)器58由控制裝置(未示 出)整體地(同步地)控制。當(dāng)運(yùn)行熱泵系統(tǒng)52時，冷熱空氣混合調(diào) 節(jié)閥74置于空氣未在暖氣風(fēng)箱內(nèi)加熱的暖氣風(fēng)箱旁路狀態(tài)。當(dāng)停止熱 泵系統(tǒng)52時，冷熱空氣混合調(diào)節(jié)閥76置于熱泵旁路狀態(tài)。排氣熱回收系統(tǒng)50的其它部分的構(gòu)造和排氣熱回收系統(tǒng)10 的相同。接下來，下面將描述根據(jù)第二實(shí)施方式的排氣熱回收系統(tǒng)50 的效果和優(yōu)點(diǎn)。在如上構(gòu)造的排氣熱回收系統(tǒng)50中，例如，當(dāng)發(fā)動機(jī)冷卻 液的溫度低于預(yù)定溫度時(例如，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)12剛啟動時)，ECU關(guān)閉 開關(guān)閥34。由于開關(guān)閥34被關(guān)閉，排氣的排氣熱被回收并被傳送到排 氣熱回收熱交換器18中的發(fā)動機(jī)冷卻液。因此，內(nèi)燃機(jī)12快速變暖。 特別地，如果將冷熱空氣混合調(diào)節(jié)閥74轉(zhuǎn)換到暖氣風(fēng)箱旁路狀態(tài)，則 抑制從暖氣風(fēng)箱16釋放熱，并且內(nèi)燃機(jī)12更快地變暖。當(dāng)發(fā)動機(jī)冷 卻液的溫度變得等于或高于所述預(yù)定溫度時，例如，ECU開啟開關(guān)閥 34。在這種情況下，排氣主要流經(jīng)旁路排氣通道20A并被排放到外部。
此外，在排氣熱回收系統(tǒng)50中，例如，如果當(dāng)發(fā)動才幾冷卻 液溫度低于所述預(yù)定溫度時(例如，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)12剛啟動時)有加熱車 廂的請求，則ECU關(guān)閉開關(guān)閥34并運(yùn)行壓縮機(jī)26。然后，來自內(nèi)燃 機(jī)12的排氣流入到排氣熱回收熱交換器18和吸熱熱交換器32。在排 氣熱回收熱交換器18中，發(fā)動機(jī)冷卻液直接由從高溫排氣傳送的熱加 熱。因此，內(nèi)燃機(jī)12更快地變暖。在熱泵系統(tǒng)52中，在吸熱熱交換器32中回收的排氣的排氣
熱被傳送到C02制冷劑，然后被從C02制冷劑供給到引入到空調(diào)器外
殼56內(nèi)的空氣。因此，加熱用于加熱車廂的空氣。在這種情況下，冷 熱空氣混合調(diào)節(jié)閥74置于暖氣風(fēng)箱旁路狀態(tài)，并且空氣未在暖氣風(fēng)箱 16中加熱。在放熱熱交換器54中所述空氣由從C02制冷劑轉(zhuǎn)送的熱進(jìn) 一步加熱，并用于加熱車廂。例如，當(dāng)發(fā)動機(jī)冷卻液的溫度變得等于或高于預(yù)定溫度時， ECU開啟開關(guān)閥34并停止壓縮機(jī)26(以停止熱泵系統(tǒng)52)。在這種情 況下，排氣主要流經(jīng)旁路排氣通道20A并被排放到外部。將冷熱空氣 混合調(diào)節(jié)閥74轉(zhuǎn)換到空氣被引入到暖氣風(fēng)箱16中的狀態(tài)，并將冷熱 空氣混合調(diào)節(jié)閥76轉(zhuǎn)換到熱泵旁路狀態(tài)。因此，在發(fā)動機(jī)冷卻液溫度 增加之后，暖氣風(fēng)箱16 (發(fā)動機(jī)冷卻液)用作用于加熱車廂的熱源。因?yàn)榕艢鉄峄厥障到y(tǒng)50設(shè)置有熱泵系統(tǒng)52,所以在排氣熱 回收熱交換器18中未回收的排氣熱能在熱泵系統(tǒng)52回收。此外，因 為熱泵系統(tǒng)52包括具有作為熱源的排氣的吸熱熱交換器32，換句話說， 吸熱熱交換器32的熱源為溫度比例如用外部空氣和發(fā)動機(jī)冷卻液作為 熱源的傳統(tǒng)構(gòu)造中的溫度高的流體，所以熱泵效率高。結(jié)果，在排氣熱回收熱交換器18中未回收的排氣的排氣熱能有效地在熱回收系統(tǒng)50
中被回收。在排氣熱回收系統(tǒng)50中，將在吸熱熱交換器32中回收的排 氣熱供給到用于空氣調(diào)節(jié)的空氣(放熱熱交換器54 )。在放熱熱交換器 54中，空氣被直接加熱，而無需通過發(fā)動才幾冷卻液(暖氣風(fēng)箱16)傳 送熱。因此，能在發(fā)動機(jī)冷卻液的溫度增加之前提供被加熱的空氣， 即用于空氣調(diào)節(jié)的熱空氣。也就是，在冷啟動等時，能在從發(fā)動機(jī)啟 動的短時間內(nèi)提供熱空氣，從而有助于改善快速加熱的性能。當(dāng)以上述方式運(yùn)行熱泵系統(tǒng)52時，冷熱空氣混合調(diào)節(jié)閥74 抑制從暖氣風(fēng)箱16釋放到空氣中的熱。因此，防止在暖氣風(fēng)箱16中 的發(fā)動機(jī)冷卻液溫度降低，并且所述溫度在短時間內(nèi)增加。也就是， 內(nèi)燃機(jī)12能快速變暖，而不會使得車輛空調(diào)器的加熱性能退化(同時 改善)。因?yàn)槲鼰釤峤粨Q器32設(shè)置在排氣流動方向中的排氣熱回收 熱交換器18的下游，所以防止C02制冷劑過熱，即，由于高溫排氣而 過膨脹。換句話說，保護(hù)具有高的熱回收效率的熱泵系統(tǒng)52免受高溫 影響。此外，因?yàn)樵谖鼰釤峤粨Q器32中將排氣用作熱源，所以不會產(chǎn) 生當(dāng)將外部空氣用作熱源等時涉及到的結(jié)霜的問題?；谏鲜鰞?nèi)容，如同在根據(jù)第一實(shí)施方式的排氣熱回收系統(tǒng) IO的情況一樣，在應(yīng)用排氣熱回收系統(tǒng)50的車輛中，能改善加熱性能 同時維持好的燃料效率。因此，在根據(jù)第二實(shí)施方式的排氣熱回收系 統(tǒng)50中能有效回收排氣熱。
權(quán)利要求
1、一種排氣熱回收系統(tǒng)，其特征在于包括排氣熱回收熱交換器，在其中將熱從內(nèi)燃機(jī)排放的排氣傳送到用于冷卻所述內(nèi)燃機(jī)的冷卻液；以及熱泵，其包括用于制冷劑的循環(huán)通道；吸熱熱交換器，在其中將所述熱從所述排氣傳送到所述制冷劑；以及放熱熱交換器，在其中將所述熱從所述制冷劑回收。
2、 如權(quán)利要求1所述的排氣熱回收系統(tǒng)，其中所述熱泵的所述吸 熱熱交換器設(shè)置在所述排氣的流動方向中的所述排氣熱回收熱交換器 的下游。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的排氣熱回收系統(tǒng)，其中所述冷卻液通 過由來自所述內(nèi)燃機(jī)的動力驅(qū)動的泵循環(huán)。
4、 如權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的排氣熱回收系統(tǒng)，進(jìn)一步包括排氣熱回收開關(guān)裝置，其在回收所述排氣的排氣熱的排氣熱回收 狀態(tài)和將所述排氣排放到外部的排放狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，其中通過將所述排氣熱回收開關(guān)裝置從所述排放狀態(tài)轉(zhuǎn)換到所述 排氣熱回收狀態(tài)，使得所述排氣流經(jīng)所述排氣熱回收熱交換器和所述 吸熱熱交換器。
5、 如權(quán)利要求4所述的排氣熱回收系統(tǒng)，進(jìn)一步包括控制裝置，在所述冷卻液的溫度低于預(yù)定溫度時，所述控制裝置 將所述排氣熱回收開關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述排氣熱回收狀態(tài)，并且在所述 冷卻液的所述溫度等于或高于所述預(yù)定溫度時，將所述排氣熱回收開 關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述排放狀態(tài)。
6、 如權(quán)利要求4所述的排氣熱回收系統(tǒng)，其中所述熱泵包括壓縮 機(jī)，所述壓縮機(jī)對在所述吸熱熱交換器中所述熱已傳送到其上的所述 制冷劑進(jìn)行壓縮，所述排氣熱回收系統(tǒng)進(jìn)一步包括控制裝置，當(dāng)所述冷卻液的溫度低于預(yù)定溫度時，所述控制裝置 將所述排氣熱回收開關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述排氣熱回收狀態(tài)，并運(yùn)行所述 壓縮機(jī)。
7、 如權(quán)利要求6所述的排氣熱回收系統(tǒng)，其中當(dāng)所述冷卻液的所 述溫度等于或高于所述預(yù)定溫度時，所述控制裝置控制所述排氣熱回 收開關(guān)裝置到所述排放狀態(tài)，并控制所述壓縮機(jī)到停止?fàn)顟B(tài)。
8、 如權(quán)利要求1到7中任一項(xiàng)所述的排氣熱回收系統(tǒng)，其中在所液。
9、 如權(quán)利要求8所述的排氣熱回收系統(tǒng)，其中所述熱泵的所述》文 熱熱交換器設(shè)置在用于所述冷卻液的循環(huán)通道中所述排氣熱回收熱交 換器的上游。
10、 如權(quán)利要求9所述的排氣熱回收系統(tǒng)，進(jìn)一步包括暖氣風(fēng)箱，其設(shè)置在用于所述冷卻液的所述循環(huán)通道中的所述排 氣熱回收熱交換器的上游，并加熱用于空氣調(diào)節(jié)的空氣，其中所述熱泵的所述放熱熱交換器設(shè)置在用于所述冷卻液的所述 循環(huán)通道中的所述暖氣風(fēng)箱的下游。
11、 如權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的排氣熱回收系統(tǒng)，其中在 氣調(diào)節(jié)的空氣。
12、 如權(quán)利要求11所述的排氣熱回收系統(tǒng)，進(jìn)一步包括暖氣風(fēng)箱，其設(shè)置在用于所述冷卻液的所述循環(huán)通道中并加熱用 于空氣調(diào)節(jié)的所述空氣；以及暖氣風(fēng)箱開關(guān)裝置，其在將用于空氣調(diào)節(jié)的所述空氣供給到所述 暖氣風(fēng)箱的供氣狀態(tài)和未將用于空氣調(diào)節(jié)的所述空氣供給到所述暖氣 風(fēng)箱的暖氣風(fēng)箱旁路狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。
13、 如權(quán)利要求12所述的排氣熱回收系統(tǒng)，進(jìn)一步包括熱泵開關(guān)裝置，其在將用于空氣調(diào)節(jié)的所述空氣供給到所述放熱 熱交換器的供氣狀態(tài)和未將用于空氣調(diào)節(jié)的所述空氣供給到所述放熱 熱交換器的熱泵旁路狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。
14、 如權(quán)利要求13所述的排氣熱回收系統(tǒng)，其中當(dāng)所述熱泵運(yùn)行 時將所述暖氣風(fēng)箱開關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述暖氣風(fēng)箱旁路狀態(tài)，并且當(dāng)所 述熱泵停止時將所述熱泵開關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述熱泵旁路狀態(tài)。
15、 如權(quán)利要求13或14所述的排氣熱回收系統(tǒng)，進(jìn)一步包括排氣熱回收開關(guān)裝置，其在回收所述排氣的所述排氣熱的排氣熱回收狀態(tài)和將所述排氣排放到外部的排放狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換；以及控制裝置，其在所述冷卻液的溫度低于預(yù)定溫度時，將所述排氣 熱回收開關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述排氣熱回收狀態(tài)，并且將所述暖氣風(fēng)箱開 關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述暖氣風(fēng)箱旁路狀態(tài)。
16、 如權(quán)利要求13或14所述的排氣熱回收系統(tǒng)，其中所述熱泵 包括壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)對在所述吸熱熱交換器中所述熱已傳送到其 上的所述制冷劑進(jìn)行壓縮，所述排氣熱回收系統(tǒng)進(jìn)一 步包括排氣熱回收開關(guān)裝置，其在回收所述排氣的排氣熱的排氣熱回收 狀態(tài)和將所述排氣排放到外部的排放狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換；以及控制裝置，在所述冷卻液的溫度低于預(yù)定溫度時，如果有加熱用 于空氣調(diào)節(jié)的所述空氣的請求，則所述控制裝置將所述排氣熱回收開 關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述排氣熱回收狀態(tài)，并運(yùn)^f于所述壓縮^L。
17、 如權(quán)利要求16所述的排氣熱回收系統(tǒng)，其中當(dāng)所述冷卻液的 所述溫度低于所述預(yù)定溫度時，如果有加熱的所述請求，則所述控制 裝置將所述暖氣風(fēng)箱開關(guān)裝置轉(zhuǎn)換到所述暖氣風(fēng)箱旁路狀態(tài)。
18、 如權(quán)利要求16或17所述的排氣熱回收系統(tǒng)，其中當(dāng)所述冷 卻液的所述溫度等于或高于所述預(yù)定溫度時，所述控制裝置控制所述 排氣熱回收開關(guān)裝置到所述排放狀態(tài)，并控制所述壓縮機(jī)到停止?fàn)顟B(tài)。
19、如權(quán)利要求18所述的排氣熱回收系統(tǒng)，其中當(dāng)所迷冷卻液的 所述溫度等于或高于所述預(yù)定溫度時，所述控制裝置控制所述熱泵開 關(guān)裝置到所述熱泵旁路狀態(tài)。
全文摘要
一種排氣熱回收系統(tǒng)(10)包括排氣熱回收熱交換器(18)，在其中將熱從內(nèi)燃機(jī)(12)排放的排氣傳送到用于冷卻所述內(nèi)燃機(jī)(12)的發(fā)動機(jī)冷卻液；以及用于回收排氣的排氣熱的熱泵系統(tǒng)(22)。熱泵系統(tǒng)(22)包括用于循環(huán)CO₂制冷劑的制冷循環(huán)通道(24)；吸熱熱交換器(32)，在其中將熱從排氣傳送到所述CO₂制冷劑；以及放熱熱交換器(28)，在其中回收由在放熱熱交換器(32)中的CO₂制冷劑的熱傳送而回收的排氣熱。
文檔編號B60H1/02GK101443205SQ200780017718
公開日2009年5月27日 申請日期2007年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月15日
發(fā)明者究 乾 申請人:豐田自動車株式會社