[发明专利]废热回收系统和控制这种系统中所包括的正排量膨胀机的质量流率的方法

说明书

相关申请

本申请要求在2013年3月25日提交的美国专利申请序列号No.61/804,849的优先权和权益，该专利申请以全文引用的方式并入到本文中。

背景技术

常规内燃机(ICE)具有有限的制动热效率(BTE)。在燃烧过程中产生的能量可能仅部分地转换成有用功。大部分燃料能量在废气中作为废热丢弃。优选地从废气俘获或回收废热中的某些或全部以改进发动机的热效率，因此降低燃料消耗并且降低CO₂排放。

发明内容

一种用于控制正排量膨胀机的质量流率的方法和设备包括：将工作流体泵送到热交换器以将流体转换成工作蒸气。将工作蒸气的至少一部分储存在蓄积器中，蓄积器连接到热交换器。储存在蓄积器中的工作蒸气的至少一部分经由脉冲宽度调制阀选择性地释放到正排量膨胀机以提高膨胀机效率。

附图说明

对于本领域技术人员而言，当结合附图来考虑时，通过下文的详细描述，本公开的上述以及其它的优点将会变得显而易见：

图1是废热回收系统的一实施例的示意实施例；

图2A是描绘了不足膨胀损失的废热回收系统的压力与体积关系图；

图2B是描绘了过度膨胀损失的废热回收系统的压力与体积关系图；以及

图3是另一废热回收系统的示意实施例。

具体实施方式

应了解本发明可以呈现各种替代取向和步骤顺序，除非明确地规定为相反情况。还应了解在附图中示出和下文的说明书中的具体装置和过程只是本发明的发明构思的示例性实施例。因此，关于所公开的实施例的具体尺寸、方向或其它物理特征并不认为是限制性的，除非明确地陈述为相反情况。

能使用废热回收循环来回收来自内燃机的废热能的至少一部分。这种循环的一个示例可能诸如有机朗肯循环(ORC)，但本发明并不限于这种循环。

在图1中描绘了废热回收(WHR)系统10的一实施例。

在图1中，在系统10中的正排量膨胀机装置12由皮带或齿轮箱18直接机械地联接到ICE16的曲轴14。通过这个连接，膨胀机装置12可以向曲轴14供应额外扭矩和功率。通过将膨胀机装置12连接到ICE16，改进了ICE16的总热效率，导致较低燃料消耗和更低CO₂排放。

WHR系统包括热俘获回路20、正排量膨胀机装置12、冷凝器22、进给泵24和工作流体。工作流体是适合ICE的废热流动或这种流体混合物的温度范围的二相流体。在大部分实施例中，流体的两相是液体和气体或蒸气。

泵24从一个装置向另一个装置移动流体，如图1所示。冷凝器22在膨胀机装置22中做功之后使流体冷凝。

热俘获回路20包括热交换器26和通向热交换器26和离开热交换器26的流体管线。第一管线28使流体从涡轮增压器30进入到热交换器26内。涡轮增压器30连接到ICE16。第一管线28离开热交换器26，其中，第一管线28延伸到后处理装置。后处理装置可以是诸如(但不限于)粒子过滤器、催化转换器和/或选择性催化还原装置。

第二管线32连接正排量膨胀机装置12、冷凝器22和泵24与热交换器26。虽然在上文中使用了“第二管线”和“第一管线”并且暗示每一个是单独管线，可以意识到多个管线可以包括“第一管线”或“第二管线”。

在诸如图1所描绘的一实施例中，在热交换器26中的第一管线28包含从ICE16经由涡轮增压器30的废热流动。在热交换器26内，第一管线28能以任何方式延伸，可以包括曲线方式。第一管线28也可以分成热交换器26内的多个管线。

第二管线32也可以以任何方式在热交换器26内延伸，包括曲线方式。第二管线32也可以分成热交换器26内的多个管线。

无论在热交换器26内第一管线28或第二管线32的大小、形状或设计如何，优选地，第一管线28或第二管线32彼此相邻或接触，使得来自第一管线28的热通过对流、传导和/或辐射而与第二管线32进行交换。

来自第一管线28的热使第二管线32中的流体转换为气体或蒸气。蒸气通过第二管线32行进到正排量膨胀机装置12。蒸气在装置12中膨胀以生成有用功，有用功可以被发送到传动系。