Силовая установка с двигателем внутреннего сгорания с наддувом
Изобретение относится к транспортному средству или стационарной силовой установке, содержащей двигатель внутреннего сгорания с наддувом, обеспечиваемым от работающего на отработавших газах турбокомпрессора, в качестве приводного источника, и компоненты, снабжаемые теплом от среды, находящейся в замкнутом контуре среды. Турбина (4) работающего на отработавших газах турбокомпрессора (2) используется и/или выполнена в качестве источника нагрева, и для этого на корпусе (10) турбины снаружи расположен теплообменник (12), который находится в контуре (3, 3') среды или выполнен с возможностью включения в него, и во внутреннем пространстве (13) которого нагревается пропускаемая непосредственно или по каналам среда за счет использования, по меньшей мере, излучаемой тепловой энергии горячего корпуса (10) турбины. Изобретение обеспечивает использование теплового излучения наружной стенки корпуса турбины для быстрого и достаточно сильного нагревания проходящей через теплообменник (12) среды. 24 з.п. ф-лы, 10 ил.
Изобретение относится к силовой установке транспортного средства или к стационарной силовой установке с признаками ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
В транспортном средстве или стационарной силовой установке на образующем приводной источник двигателе внутреннего сгорания и вокруг него имеется ряд компонентов и устройств, таких как картер, головки цилиндров, радиатор, резервуары, через которые протекает среда, находящаяся в замкнутом контуре. В случае охлаждающего контура известно расположение с целью улучшения запуска в холодных условиях двигателя внутреннего сгорания и более быстрого получения нагревательного тепла дополнительных электрических устройств, которые предназначены для нагревания охлаждающей жидкости. Эти дополнительные электрические нагреватели являются в большинстве случаев относительно дорогими и нагружают вследствие высокого потребления энергии поставляющую энергию батарею. Такие дополнительные электрические нагреватели предусмотрены также, например, в тех случаях, когда контур водяного охлаждения двигателя внутреннего сгорания используется для размораживания хранящегося в резервуаре, замороженного при температурах ниже примерно -12°С водного раствора мочевины (служит в качестве поставщика аммиака для восстановления NOх в SCR-катализаторах). Поскольку батарея при действующих в течение длительного времени или в определенных регионах мира и без того всегда господствующих низких отрицательных температурах сильно нагружается, то дополнительные электрические нагреватели для подогрева охлаждающей жидкости должны по возможности работать лишь минимально необходимое время. В остальное время работы двигателя внутреннего сгорания или транспортного средства они не требуются.
Поэтому задачей изобретения является создание средств для транспортного средства или стационарной установки указанного вида, которые обеспечивают возможность отказа от дополнительных электрических нагревателей для нагревания находящейся в замкнутом контуре среды.
Эта задача решена согласно изобретению с помощью отличительных признаков пункта 1 формулы изобретения тем, что турбина работающего на отработавших газах турбокомпрессора используется и/или выполнена в качестве источника нагрева, и для этого на корпусе турбины снаружи расположен теплообменник, который встроен в контур среды или выполнен с возможностью включения в него, и во внутреннем пространстве которого можно нагревать пропускаемую непосредственно или по каналам среду с использованием, по меньшей мере, излучаемой тепловой энергии горячего корпуса турбины.
Предпочтительные варианты выполнения и усовершенствования этого соответствующего изобретению решения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Изобретение исходит из того, что в случае турбины работающего на отработавших газах турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания после его холодного запуска речь идет о наиболее быстро нагреваемым, соответственно, становящимся горячим и излучающим тепло агрегатом. До настоящего времени отводимое тепло турбины, в частности, когда она во время работы с полной нагрузкой становится почти раскаленной, рассматривалось скорее в качестве помехи. Расположенные вблизи горячей турбины части транспортного средства защищались от слишком сильного воздействия тепла с помощью изолирующих стенок или тепловых экранов. Кроме того, турбину интенсивно охлаждали. В противоположность этому изобретение использует быстрый нагрев турбины, целенаправленно используя его в качестве источника тепла для подлежащей нагреванию среды. Это осуществляется с помощью теплообменника, который расположен снаружи на корпусе турбины. Через его внутреннее пространство можно пропускать подлежащую нагреванию среду непосредственно или по каналам. При непосредственном пропускании среда принимает тепло от горячего корпуса турбины, больше или меньше в зависимости от времени пребывания во внутреннем пространстве теплообменника или скорости прохождения потока. Когда подлежащая нагреванию среда пропускается по каналам через внутреннее пространство теплообменника, то существует возможность подачи во внутреннее пространство теплообменника или пропускания через него дополнительно отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, так что можно также использовать содержание тепла отработавших газов дополнительно к излучаемой корпусом турбины энергии для нагревания среды.
Теплообменник можно по-разному выполнять и/или располагать на корпусе турбины. Некоторые варианты выполнения следуют из чертежей и соответствующего описания фигур.
Соответствующий изобретению тип нагревания среды обеспечивает самые различные использования этой нагретой таким образом среды за счет возможного большого ввода энергии, связанного также с изменением агрегатного состояния из жидкого в парообразное. Таким применением является, например, быстрое нагревание жидкого охлаждающего средства (воды или смешанной с антифризом воды) двигателя внутреннего сгорания после его холодного запуска. В других случаях применения нагретая среда пропускается через находящиеся или включенные в контур среды потребители тепла, такие как резервуары, так что хранящаяся или находящаяся в них жидкость нагревается или предотвращается от замерзания или быстрее размораживается после холодного запуска двигателя внутреннего сгорания. Этим потребителем тепла может быть, например, резервуар для хранения водного раствора мочевины, жидкости для очистки ветрового стекла, фар и/или наружных зеркал или радиатором, через который проходит охлаждающая вода, или компенсационный резервуар для охлаждающей воды. Однако с помощью нагреваемой согласно изобретению среды можно также нагревать электрические аккумуляторы и устройства отопления транспортного средства. Нагреваемую согласно изобретению среду можно также, например, подавать в междугородном автобусе или в автомобиле с кузовом, приспособленным для жилья, в резервуар для теплой воды на кухне или в смывной бачок туалета с целью подогрева либо соответственно сохранения теплой воды, либо в качестве защиты от замерзания. Кроме того, можно среду, если она является жидкостью с низкой температурой кипения, которая при прохождении через расположенный со стороны турбины теплообменник переходит из жидкого в парообразное состояние, подавать в парообразном состоянии в паровую турбину, которая преобразует ее в механическую приводную энергию с отдачей мощности.
Другие случаи применения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения и описания чертежей.
Ниже приводится подробное описание изобретения на примерах выполнения и примерах применения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг.1 - продольный разрез работающего на отработавших газах турбокомпрессора с одним вариантом выполнения соответствующего изобретению теплообменника;
фиг.2 - продольный разрез другого работающего на отработавших газах турбокомпрессора с другим вариантом выполнения соответствующего изобретению теплообменника;
фиг.3 - поперечный разрез турбины работающего на отработавших газах турбокомпрессора согласно фиг.2 в зоне соответствующего изобретению теплообменника;
фиг.4 и 5 - работающие на отработавших газах турбокомпрессоры с различными вариантами выполнения соответствующего изобретению теплообменника на виде сбоку;
фиг.6-10 - примеры применения контура среды, в который можно вводить или соответственно включать соответствующий изобретению теплообменник.
На чертежах позицией 1 обозначен двигатель внутреннего сгорания, в частности дизельный двигатель, в котором осуществляется наддув с помощью работающего на отработавших газах турбокомпрессора 2. Этот двигатель 1 внутреннего сгорания с наддувом образует в транспортном средстве или в стационарной силовой установке приводной источник. Транспортное средство может быть легковым автомобилем, грузовым автомобилем любого типа, рельсовым транспортным средством, судном или самолетом. Стационарная силовая установка может быть, например, агрегатом аварийного электропитания (комплектом из дизельного двигателя и генератора), силовой установкой блочного отопления (комплектом из дизельного двигателя и генератора для образования пара), подъемным устройством или любой другой промышленной установкой, в которой в качестве приводного источника используется двигатель внутреннего сгорания. Транспортное средство или силовая установка имеют компоненты, которые нуждаются в нагревании, отоплении или удерживании в тепле и снабжаются теплом из заключенной в замкнутый контур 3, 3' среды. Работающий на отработавших газах турбокомпрессор 2 состоит из работающей на отработавших газах турбины 4 и компрессора 5 наддувочного воздуха. Турбина 4 соединена через выпускной коллектор 6 с выпусками отработавших газов двигателя внутреннего сгорания и получает отработавшие газы, подводимые в направлении стрелки A. Соединение между турбиной 4 и выпускным коллектором 6 осуществляется через фланцы 7, 8, при этом фланец 7 расположен на входе корпуса 10 турбины, а фланец 8 - на обращенном к турбине конце выпускного коллектора 6, а соединение обоих фланцев выполнено посредством винтовых соединений 11. Компрессор 5 наддувочного воздуха снабжает входы двигателя 1 внутреннего сгорания через трубопровод для наддувочного воздуха.
Согласно изобретению турбина 4 работающего на отработавших газах турбокомпрессора 2 используется и/или выполнена в качестве источника нагрева для среды. Для этого на корпусе 10 турбины снаружи расположен теплообменник 12, который находится или предназначен для включения в контур 3 среды и во внутреннем пространстве 13 которого проходящая непосредственно или через каналы среда нагревается с использованием, по меньшей мере, излучаемой тепловой энергии горячего корпуса 10 турбины. Примеры непосредственного прохождения среды через внутреннее пространство 13 теплообменника 12 показаны на фиг.1, 4 и 5. В противоположность этому на фиг.2 и 3 показаны примеры прохождения среды через каналы или, соответственно, трубы во внутреннем пространстве 13 теплообменника 12.
В частности, когда подлежащая нагреванию среда проходит через внутреннее пространство 13 теплообменника 12 через каналы или трубы, можно дополнительно подавать отработавшие газы во внутреннее пространство 13 теплообменника или, соответственно, пропускать через него, при этом дополнительно использовать содержание тепла отработавших газов для нагревания среды.
Теплообменник 12 можно реализовать снаружи на корпусе 10 турбины различным образом.
Например, теплообменник 12 можно выполнить в виде интегральной составной части турбины 4, и для этого корпус 14 теплообменника 12 может быть образован наружной стенкой 15 корпуса турбины и другой стенкой 16 корпуса, отлитой совместно со стенкой 15 или соединенной с ней (см. фиг.1-3). В одном варианте выполнения теплообменника 12 наружная стенка 16 корпуса 14 теплообменника может быть выполнена в форме чаши из теплостойкого стального листа посредством вырубки или штамповки, а затем прикреплена снаружи к наружной стенке 15 корпуса турбины, например, с помощью сварки или с помощью зажимного пояса. Однако в качестве альтернативного решения можно выполнять теплообменник 12 с корпусом (см. фиг.4), который составлен из нескольких предварительно изготовленных из теплостойкого стального листа частей 14а, 14b, a затем своей обращенной к корпусу 10 турбины зоной 17 наружной стенки закреплен в заданной наружной зоне наружной стенки 15 корпуса турбины с согласованием формы и плотным прилеганием для оптимального переноса тепла, например, с помощью сварки или зажимного пояса или т.п.
В качестве альтернативного решения теплообменник 12 может быть образован с помощью теплообменной трубы 18, как показано на фиг.5, изогнутой или в виде меандра в заданной наружной зоне на корпусе 10 турбины 4, с подгонкой к нему с геометрическим замыканием и с плотным прилеганием для оптимального переноса тепла, например, с помощью нескольких зажимов или, соответственно, держателей 19.
В примерах выполнения согласно фиг.1-4 на корпусе 14 теплообменника 12 предусмотрено первое подключение 20 и второе подключение 21, при этом с первым подключением 20 соединен подводящий трубопровод 22 для подлежащей нагреванию среды (стрелка В), а со вторым, пространственно дистанцированным от первого подключения (20) подключением (21), - отводящий трубопровод 23 для нагретой среды (стрелка С). Через подводящий трубопровод 22, а также отводящий трубопровод 23 теплообменник 12 встроен или, соответственно, включен в контур 3 среды, как будет более подробно описано ниже.
В случае примера выполнения согласно фиг.1 и 4 подлежащая нагреванию среда подается через подающий трубопровод 22 и первое подключение непосредственно во внутреннее пространство 13 корпуса 14 теплообменника, где она приходит в контакт с горячей наружной стенкой 15 корпуса 10 турбины (см. фиг.1) или с нагреваемой ею зоной 17 наружной стенки корпуса (см. фиг.4), и за счет этого нагревается, а также после определенного времени пребывания снова выводится из корпуса 14 теплообменника через второе подключение 21, и через отводящий трубопровод 23 подается в контур 3 среды для дальнейшего применения.
В случае примера выполнения, показанного на фиг.2 и 3, между первым подключением 20 и вторым подключением 21 теплообменника 12 проходит теплообменная труба 24, с помощью которой проходит подлежащая нагреванию среда через внутреннее пространство 13 корпуса 14 теплообменника. При этом теплообменная труба 24 может проходить прямо или в виде меандра между подключениями 20, 21. Кроме того, теплообменная труба 24 может быть снабжена снаружи передающими тепло ребрами 25. В качестве альтернативного решения между первым подключением 20 и вторым подключением 21 теплообменника 12 или же между двумя расположенными на концах коллекторными камерами вместо отдельной трубы 24 проходит пучок теплообменных труб, который состоит из множества прямых, проходящих параллельно теплообменных труб, которые при необходимости могут быть снабжены еще ребрами.
Теплообменная труба 24 или указанный пучок теплообменных труб может быть составной частью теплообменного патрона 26, который, как показано на фиг.3, также содержит оба подключения 20, 21, будучи предварительно изготовленным, встраивается в корпус 14 теплообменника 12 и проходит в положении установки между подводящим трубопроводом 22 и отводящим трубопроводом 23.
Теплообменная труба 24 или, соответственно, пучок теплообменных труб принимают внутри закрытого корпуса 14 теплообменника излучаемую наружной стенкой 15 турбины 10 тепловую энергию. Как указывалось выше, мощность нагревания можно в случае прохождения среды по каналам или, соответственно, трубам увеличивать за счет того, что во внутреннее пространство 13 теплообменника 12 подаются отработавшие газы. Эти отработавшие газы ответвляются из тракта 6 отработавших газов перед входом 9 или из входа 9 турбины 4 и канализируются, например, через внутреннее отверстие 27 корпуса турбины, как показано на фиг.3, во внутреннее пространство 13 корпуса 14 теплообменника. Затем эти отработавшие газы после определенного времени пребывания с отдачей тепла снова выводятся в удаленном от места 28 ввода месте 29, например, через внутреннее отверстие 30 корпуса турбины, как показано на фиг.2, и вводятся в тракт 31 отработавших газов на выходе или после выхода турбины 4. Время пребывания отработавших газов в теплообменнике можно задавать или, соответственно, устанавливать непосредственно, например, с помощью регулируемых дросселей в отверстиях 27, 30 или посредством согласования поперечных сечений этих отверстий 27, 30.
В случае примера выполнения согласно фиг.5 теплообменная труба 18 имеет на входе первое подключение 32, к которому прикрепляется подводящий трубопровод 22 для подлежащей нагреванию среды, и на выходе второе подключение 33, к которому подключается отводящий трубопровод 23 для нагретой среды.
Независимо от различного выполнения теплообменник 12 со своим подводящим трубопроводом 22 и отводящим трубопроводом 23 можно при необходимости включать в контур 3 или, соответственно, 3' среды. Необходимость такого включения определяется, например, в месте, где должна действовать нагретая среда, с помощью одного или нескольких датчиков температуры. Включение и выключение теплообменника 12 в контур 3 среды осуществляется, например, с помощью управляемых переключающих клапанов 35, 36, которые получают сигналы управления из электронного управляющего и регулирующего устройства (не изображено) и которые соединены друг с другом через участок 37 трубопровода, который в случае невключения теплообменника шунтирует его в контуре 3, 3' среды в качестве перепускного канала.
Ниже приводится описание выполнения, а также применения различных контуров 3, 3' среды со ссылками на фиг.6-10.
В показанном на фиг.6 случае контур 3 среды является контуром охлаждения двигателя 1 внутреннего сгорания, а находящаяся в нем и циркулирующая с помощью насоса 34 среда является жидким охлаждающим средством - охлаждающей водой или, соответственно, смешанной с антифризом водой. В этот охлаждающий контур 3 можно при необходимости включать соответствующий изобретению теплообменник 12 через переключающие клапаны 35, 36, например, всегда тогда, когда требуется быстрое нагревание охлаждающего средства после холодного запуска двигателя 1 внутреннего сгорания. Это включение теплообменника 12 в охлаждающий контур 3 происходит с помощью зависящего от температуры регулирования/управления с соответствующим воздействием на положение переключающих клапанов 35, 36. Теплообменник 12 снова выключается из охлаждающего контура, например, посредством соответствующего переключения переключающих клапанов 35, 36, когда охлаждающая вода достаточно подогрета.
В показанном на фиг.7 случае, также как и в случае фиг.6, контур 3 среды является охлаждающим контуром двигателя 1 внутреннего сгорания, а циркулирующая в нем с помощью насоса 34 среда является водой или, соответственно, смешанной с антифризом водой. В данном случае дополнительно предусмотрен третий управляемый переключающий клапан 38, к которому ведет отводящий трубопровод 23 и который через участок 39 трубопровода соединен со вторым переключающим клапаном 36. Позицией 40 обозначен нагревательный контур, который состоит из нагревателя 41 в или, соответственно, на потребителе 42 тепла, отходящего от переключающего клапана 38 и соединенного с нагревателем 41 подводящего трубопровода 43 и отходящего от нагревателя 41 обратного трубопровода 44, который ведет к переключающему клапану 36. Этот нагревательный контур 40 служит для отдачи тепла в потребитель 42 тепла, который в данном случае может состоять, например, из резервуара, в котором необходимо содержащуюся или, соответственно, хранящуюся в нем жидкость нагревать, удерживать в нагретом состоянии, предотвращать от замерзания или размораживать после замерзания. Нагреватель 41 может быть образован, например, проходящей внутри потребителя 42 тепла/резервуара на небольшом расстоянии над его дном 45 прямой или спиральной или, соответственно, имеющей форму меандра нагревательной трубой, или же вложенной в углубления дна 45 или стенки 46 потребителя 42 тепла/резервуара нагревательной трубой, или же интегрированной в материал дна 45 или стенки 46 потребителя 42 тепла/резервуара нагревательной трубой. Этот нагревательный контур при необходимости включается через переключающие клапаны 35, 36, 38 последовательно с теплообменником 12 в контур 3 среды, в данном случае в охлаждающий контур двигателя 1 внутреннего сгорания. Это активирование нагревательного контура 40 и теплообменника 12 происходит в зависимости от температуры, например, когда с помощью расположенного на стороне потребителя тепла или внутри него датчика устанавливается потребность в нагревании, посредством управления/регулирования с соответствующим воздействием на положение переключения переключающих клапанов 35, 36, 38. Когда теплообменник 12 и нагревательный контур 40 включены в контур 3 среды, то среда с помощью насоса 34 подается в теплообменник 12, там нагревается и затем подается в нагревательный контур 40, где она отдает тепло в находящуюся внутри резервуара жидкость. Затем теплообменник 12 и нагревательный контур 40 снова выключаются из контура 3 среды посредством соответствующего переключения переключающих клапанов 35, 36, 38, когда расположенный, например, внутри резервуара датчик сигнализирует о состоянии нагретой жидкости, которое больше не требует нагревания.
Вместо включения в охлаждающий контур двигателя внутреннего сгорания, как было описано выше применительно к фиг.6 и 7, теплообменник 12 согласно изобретению может быть включен в автономный контур 3' среды, независимый от двигателя 1 внутреннего сгорания и его охлаждающего контура. Находящаяся в этом контуре 3' среда может быть, например, водой или смешанной с антифризом водой, или другой подходящей жидкостью, например жидкостью с низкой точкой кипения, такой как смесь воды с аммиаком.
Примеры таких независимых контуров 3' среды показаны на фиг.8-10.
Каждый из этих контуров 3' среды проходит через или над потребителем 47 тепла. Заключенная в контур 3' среды жидкость циркулирует с помощью насоса 48. Два переключающих клапана 49, 50, которые соединены друг с другом участком 51 трубопровода контура 3' среды, обеспечивают в зависимости от своего положения переключения включение теплообменника 12 согласно изобретению в контур 3' среды, или его шунтирование с помощью действующего в качестве перепускного канала участка 51 трубопровода. В показанном на фиг.8 случае в качестве потребителя 47 тепла показан содержащий жидкость резервуар, который также как резервуар 42, согласно фиг.6 является резервуаром транспортного средства, как, например:
- резервуар для хранения водного раствора мочевины, которая замерзает около -12°С, или
- резервуар для жидкости для очищения ветрового стекла и/или фар, и/или наружных зеркал, или
- пропускающий охлаждающую воду радиатор, или
- принимающий охлаждающую воду компенсационный резервуар, или
- электрический аккумулятор, или
- нагревательный элемент, или
- резервуар для теплой воды, например, в бортовой кухне автобусов или жилого автомобиля, или
- резервуар для смывной воды в туалетах автобусов или жилых автомобилей, или
- второй теплообменник, через который проходит контур вторичной среды.
Согласно фиг.8 на потребителе 47 тепла или в нем предусмотрена нагревательная труба 52, которая выполнена, расположена или интегрирована в стенку аналогично показанной на фиг.7 нагревательной трубе 41. Активирование теплообменника 12 с целью нагревания среды в контуре 3' среды и отдачи тепла в зоне потребителя 47 тепла происходит здесь аналогично показанному на фиг.7 примеру, т.е. в зависимости от измеряемой с помощью датчика в потребителе 47 тепла или на нем температуры, посредством соответствующего воздействия на положение переключения обоих переключающих клапанов 49, 50.
В показанном на фиг.9 примере при одинаковой конструкции, как и на фиг.8, потребитель 47 тепла образован другим теплообменником 53, заключенное в корпус внутреннее пространство 54 которого через вход 55 и выход 56 включено в контур 3' среды, через которое проходит находящаяся в контуре среда. Через теплообменник 53 проходит контур 57 вторичной среды, в котором циркулирующая с помощью насоса 58 вторичная среда направляется через расположенную во внутреннем пространстве 54 теплообменника 53 теплообменную трубу или пучок 59 труб, в которую подводится тепло из первого контура 3' среды. Нагретая таким образом вторичная среда подается в контуре 57 вторичной среды в находящийся в нем потребитель 60 тепла, такой как приемник тепла, или накопитель тепла, или содержащий жидкость резервуар. В принципе потребитель 60 тепла может быть указанным применительно к фиг.7 и 8 потребителем (42, 47).
Ниже со ссылками на фиг.10 приводится описание примера выполнения, в котором в качестве среды применяется жидкость с низкой температурой кипения, которая находится в замкнутом контуре 3' среды и при прохождении через соответствующий изобретению теплообменник 12 может переходить из своего обычного жидкого в парообразное агрегатное состояние. При этом схемное выполнение аналогично фиг.8. Однако в показанном на фиг.10 случае потребителем 47 тепла является паровая турбина 61, в которую подается переведенная в теплообменнике 12 в парообразное агрегатное состояние среда, которая отдает в ней свою энергию с расширением и охлаждением. Паровая турбина 61 соединена с возможностью привода с коленчатым валом 1' двигателя 1 внутреннего сгорания и/или с его побочными агрегатами 62, 63, такими как осветительный генератор, генератор, насосы, воздушные компрессоры и т.д., или же предназначена для подключения и отключения с помощью одного или нескольких переключаемых сцеплений, за счет чего энергия пара преобразуется в механическую энергию. Соответствующие приводные ветви обозначены позициями 64.
Во всех случая применения необходимо обеспечивать, чтобы когда теплообменник 12 после фазы нагревания среды снова выключается из контура среды посредством переключения переключающих клапанов 35, 36, 38; 49, 50 и шунтируется с помощью байпасного (перепускного) трубопровода 37, 51, то находящаяся еще в отключаемом переключающем участке между переключающими клапанами 35, 36 (см. фиг.6) или, соответственно, 35, 38 (см. фиг.7) соответственно, 49, 50 (см. фиг.8-10) нагретая в теплообменнике 12 среда могла расширяться. Для этого в подходящем месте этого переключающего участка присоединен предохранительный клапан 65, который соединен с камерой 66 для расширения и охлаждения отводимой среды. Из этой камеры среду можно затем подавать, например, в резервуар 67 для компенсации (выравнивания) среды или хранения среды (см. фиг.6, 7), или же через пропускающий в направлении подачи обратный клапан 68 (см. фиг.8-10) снова в контур 3, 3' среды.
Кроме того, во всех случаях применения предусмотрено предпочтительно электронное, вычислительное регулирующее и управляющее устройство, которое с помощью программ и заданных сохраняемых номинальных значений на основе подводимых действительных значений, таких как значения температур на стороне потребителей тепла, а также величин расхода и давления в контурах 3, 3', 57 среды, управляет работой и скоростями вращения насосов 34, 48, 58, а также включением/переключением переключающих клапанов 35, 36, 38, 49, 50 для включения и выключения теплообменника 12 в качестве источника нагрева.
Кроме того, в целом теплообменник 12 на работающей на отработавших газах турбине 4 работающего на отработавших газах турбокомпрессора может в определенной степени служить в качестве элемента охлаждения, поскольку он экранирует снаружи, по меньшей мере, частично корпус турбины и тем самым уменьшает излучение наружу тепла, в частности, в соединении с проходящим через него потоком среды. За счет этого можно полностью отказаться от наружной теплоизоляции или экранирования либо же реализовывать их в сокращенном или, соответственно, упрощенном виде.
1. Силовая установка, содержащая двигатель (1) внутреннего сгорания с наддувом, обеспечиваемым посредством работающего на отработавших газах турбокомпрессора (2), в качестве приводного источника привода, и компоненты, снабжаемые теплом от среды, находящейся в замкнутом контуре (3, 3'), отличающаяся тем, что турбина (4) работающего на отработавших газах турбокомпрессора (2) используется в качестве источника нагрева, и для этого на корпусе (10) турбины снаружи расположен теплообменник (12), который находится в контуре (3, 3') среды или выполнен с возможностью включения в него, и во внутреннем пространстве (13) которого нагревается пропускаемая непосредственно или по каналам среда за счет использования, по меньшей мере, излучаемой тепловой энергии горячего корпуса (10) турбины.
2. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что при пропускании подлежащей нагреванию среды через теплообменник (12) по каналам или трубам дополнительно предусмотрена подача во внутреннее пространство (13) теплообменника (12) или пропускание через него отработавших газов с целью использования содержания тепла отработавших газов дополнительно для нагревания среды.
3. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что теплообменник (12) своим корпусом (14) прикреплен снаружи к корпусу (10) работающей на отработавших газах турбины (2), и при этом его прилегающая поверхность (17) согласована по форме с предусмотренной для прикрепления наружной зоной корпуса (10) турбины и плотно прилегает к ней для оптимального переноса тепла.
4. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что теплообменник (12) является встроенной составной частью работающей на отработавших газах турбины (4), и что для этого корпус (14) теплообменника (12) образован наружной стенкой (15) корпуса (10) турбины и другой наружной стенкой (16) корпуса, прилитой или прикрепленной к наружной стенке (15) корпуса турбины.
5. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что на корпусе (14) теплообменника (12) к первому подключению (20) подключен подводящий трубопровод (22) для подлежащей нагреванию среды, а ко второму, пространственно дистанцированному от первого подключения (20), подключению (21) - отводящий трубопровод (22) для нагретой среды.
6. Силовая установка по п.5, отличающаяся тем, что подлежащая нагреванию среда через подводящий трубопровод (22) и первое подключение (20) вводится непосредственно во внутреннее пространство (13) корпуса (14) теплообменника, в котором она входит в контакт с горячей наружной стенкой (15) корпуса (10) турбины или с нагретой от нее зоной (17) наружной стенки корпуса и за счет этого нагревается, и из которого она снова выводится через второе подключение (21) и через отводящий трубопровод (23) подается в контур (3, 3') среды для дальнейшего применения.
7. Силовая установка по п.5, отличающаяся тем, что между первым подключением (20) и вторым подключением (21) в теплообменнике (12) проходит теплообменная труба (24), с помощью которой подлежащая нагреванию среда направляется через внутреннее пространство (13) теплообменника (12).
8. Силовая установка по п.7, отличающаяся тем, что теплообменная труба (24) снабжена снаружи передающими тепло ребрами (29).
9. Силовая установка по п.7, отличающаяся тем, что теплообменная труба (24) проходит между обоими подключениями (20, 21) прямо или в виде меандра.
10. Силовая установка по п.5, отличающаяся тем, что между первым подключением (20) и вторым подключением (21) теплообменника (12) проходит заключенный между двумя расположенными на концах коллекторными пространствами пучок теплообменных труб.
11. Силовая установка по любому из пп.7-10, отличающаяся тем, что теплообменная труба (24) или пучок теплообменных труб является составной частью теплообменного патрона, который также содержит оба подключения (20, 21) и будучи предварительно изготовленным, выполнен с возможностью встраивания в корпус (14) теплообменника, после чего проходит между подводящим трубопроводом (22) и отводящим трубопроводом (23).
12. Силовая установка по любому из пп.7-10, отличающаяся тем, что предусмотрена возможность дополнительного нагревания теплообменной трубы (24) или пучка теплообменных труб с помощью отработавших газов, которые ответвляются из тракта отработавших газов перед входом или из входа работающей на отработавших газах турбины (4) и канализируются во внутреннее пространство (13) теплообменника (12), а затем, после определенного времени пребывания с отдачей тепла, снова выводятся в удаленном от места (28) ввода месте в тракт (30) отработавших газов на выходе или, соответственно, после выхода работающей на отработавших газах турбины (4).
13. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что теплообменник (12) образован с помощью теплообменной трубы (18), которая в изогнутом виде или в виде меандра закреплена снаружи на корпусе (10) работающей на отработавших газах турбины (4) с согласованием по форме с его наружной стороной и с плотным прилеганием к ней для оптимального переноса тепла.
14. Силовая установка по п.13, отличающаяся тем, что теплообменная труба (18) имеет на входе первое подключение (32), к которому прикреплен подводящий трубопровод (22) для подлежащей нагреванию среды, и на выходе - второе подключение (33), к которому прикреплен отводящий трубопровод (23) для нагретой среды.
15. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что в контуре (3, 3') среды насос (34) обеспечивает циркуляцию среды и что предусмотрена возможность включения теплообменника (12) через подводящий трубопровод (22) и отводящий трубопровод (23) при необходимости с помощью управляемых переключающих клапанов (35, 36; 38) в контур (3) среды и снова выключения из него, при этом первый (35) и второй переключающий клапан (36) соединены друг с другом через участок (37) трубопровода, который в случае не включения теплообменника (12) шунтирует его в контуре (3, 3') среды в качестве перепускного канала.
16. Силовая установка по п.15, отличающаяся тем, что среда является жидким охлаждающим средством - охлаждающей водой или, соответственно, смешанной с антифризом водой - двигателя (1) внутреннего сгорания, а соответствующий контур (3) среды является охлаждающим контуром двигателя (1) внутреннего сгорания, в который при необходимости можно включать теплообменник (12) через его подводящий трубопровод (22) и отводящий трубопровод (23) через управляемые переключающие клапаны (35, 36), в частности, для быстрого нагревания охлаждающего средства после холодного запуска двигателя внутреннего сгорания с помощью зависимого от температуры регулирования/управления.
17. Силовая установка по п.16, отличающаяся тем, что дополнительно к первому (35) и второму переключающему клапану (36) предусмотрен третий переключающий клапан (38), который соединен со вторым клапаном (36) через участок (39) трубопровода и с отводящим трубопроводом (23) теплообменника (12), и что ко второму (36) и третьему (38) переключающему клапану подключен проходящий через резервуар или другой потребитель (42) тепла нагревательный контур (40), который предназначен для включения при необходимости через, соответственно, переключенные переключающие клапаны (35, 36, 38) последовательно с теплообменником (12) в контур (3) среды, а именно, с помощью зависящего от температуры регулирования/управления с соответствующим воздействием на положение переключения трех переключающих клапанов (35, 36, 38).
18. Силовая установка по п.15, отличающаяся тем, что теплообменник (12) находится или выполнен с возможностью включения в автономный, независимый от двигателя (1) внутреннего сгорания и его охлаждающего контура контур (3') среды, в котором насос (48) обеспечивает циркуляцию среды и предусмотрено два соединенных участком (51) трубопровода переключающих клапана (49, 50), предназначенных для управления в зависимости от положения включения теплообменника (12) в контур (3') среды или для шунтирования теплообменника (12) через служащий в качестве перепускного канала участок (51) трубопровода.
19. Силовая установка по п.17 или 18, отличающаяся тем, что контур (3, 3') среды, а также включенный в него нагревательный контур (40) предназначены для подогрева или, соответственно, нагревания находящейся или, соответственно, хранимой в потребителе (42, 47) тепла, в частности в резервуаре, жидкости с помощью зависящего от температуры регулирования/управления, или же предотвращения ее замерзания или размораживания после замерзания после холодного запуска двигателя внутреннего сгорания.
20. Силовая установка по п.19, отличающаяся тем, что потребителем (42, 47) тепла является резервуар, в частности резервуар транспортного средства, такой как
резервуар для хранения водного раствора мочевины, или
резервуар для жидкости для очищения ветрового стекла и/или фар, и/или наружных зеркал, или
пропускающий охлаждающую воду радиатор, или
принимающий охлаждающую воду компенсационный резервуар, или
электрический аккумулятор, или
нагревательный элемент, или
резервуар для теплой воды, например, в бортовой кухне автобусов или жилого автомобиля, или
резервуар для смывной воды в туалетах автобусов или жилых автомобилей.
21. Силовая установка по п.15, отличающаяся тем, что контур (3, 3') среды имеет в качестве потребителя (47) тепла теплообменник, через внутреннее пространство (54) которого проходит контур (57) вторичной среды, в котором насос (58) обеспечивает циркуляцию вторичной среды, которая направляется через расположенную во внутреннем пространстве (54) теплообменника теплообменную трубу или пучок (59) труб, в которую(ый) подводится тепло из первого контура (3, 3') среды и который принятое тепло отдает во вторичную среду для ее нагревания, при этом нагретая вторичная среда предназначена для подачи во включенный в контур (57) вторичной среды потребитель (60) в качестве потребителя или накопителя тепла.
22. Силовая установка по п.15, отличающаяся тем, что среда является жидкостью с низкой температурой кипения, которая находится в замкнутом контуре (3') среды и предназначена для перевода в парообразное агрегатное состояние при прохождении через теплообменник (12).
23. Силовая установка по п.22, отличающаяся тем, что переведенная в теплообменнике (12) в парообразное агрегатное состояние среда предназначена для подачи в интегрированную в контур (3') среды, выполняющую роль потребителя (47) тепла паровую турбину (61) и отдачи в ней мощности, при этом паровая турбина (61) с целью преобразования энергии пара в механическую энергию привода соединена через одну или несколько приводных ветвей (64) с коленчатым валом (1') двигателя (1) внутреннего сгорания и/или его побочными агрегатами (62, 63) или предназначена для сцепления и расцепления с ним и/или ними через переключаемое сцепление (сцепления).
24. Силовая установка по п.17 или 18, отличающаяся тем, что к проходящему через теплообменник (12) и расположенному между переключающими клапанами (35, 36 или соответственно 49, 50) переключающему участку в подходящем месте присоединен предохранительный клапан (65), через который при закрытом, не включенном в контур (3, 3') среды переключающем участке, еще находящаяся в нем нагретая среда может расширяться в последующую камеру (66) для расширения и охлаждения.
25. Силовая установка по любому из пп.15-18, отличающаяся тем, что предусмотрено электронное, вычислительное регулирующее и управляющее устройство, которое с помощью программ и заданных сохраненных номинальных значений на основе подводимых действительных значений, таких как значения температур на стороне потребителей тепла, а также величин расхода и давления в контурах (3, 3', 57) среды, управляет работой и скоростями вращения насосов (34, 48, 58), а также включением/переключением переключающих клапанов (35, 36, 38, 49, 50) для включения и выключения теплообменника (12) в качестве источника нагрева.
