[发明专利]使用系统流量控制的无源方法的涡轮机废热回收膨胀机

说明书

提供了一种用于回收内燃发动机的舍弃的热量的废热回收系统，所述废热回收系统包括涡轮膨胀机。所述涡轮膨胀机基于工作流体输出功率，并且包括能够被所述工作流体旋转的涡轮机叶片、联接到所述涡轮机叶片并且能够被所述涡轮机叶片旋转并且沿纵向轴延伸的轴、以及用于将所述工作流体引导到涡轮机叶片以用于使涡轮机叶片旋转的喷嘴组件。所述喷嘴组件包括绕所述轴布置并且邻近所述涡轮机叶片的喷嘴壳体、以及用于使所述工作流体加速的喷嘴。所述喷嘴部件限定了具有几何构型的喷嘴喉部。所述废热回收系统进一步包括联接到所述喷嘴部件以用于引导所述工作流体的无源控制件。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年3月30日提交的美国专利申请号16/825,765的权益，该美国专利申请通过引用以其全文结合在此。

技术领域

本披露总体上涉及一种用于回收内燃发动机的废热的废热回收系统。

背景技术

内燃发动机(ICE)在运行期间将化学能转化为轴功，并将热量作为副产品舍弃。废热回收系统将这种废弃的热转化成可以用于减少机动车辆燃料消耗的有用功。

有机朗肯循环(ORC)废热回收系统可以包括泵、蒸发器、膨胀机和冷凝器。膨胀机将从加压的工作流体中提取的功率输出。常见类型的膨胀机包括：能够被工作流体旋转的涡轮机叶片、联接到涡轮机叶片并且能够被涡轮机叶片旋转并且沿纵向轴线延伸的轴、以及将工作流体引导到涡轮机叶片以用于使涡轮机叶片旋转的通路。

ORC废热回收系统采用了在闭环热力学循环中将有机流体用作工作流体的朗肯过程。在ORC中，液相工作流体被泵送至较高压力，工作流体被蒸发成蒸汽相，高压蒸汽膨胀以提取机械功或电功，随后工作流体被冷凝回到液体、返回到泵。汽车ORC循环使用来自ICE的通常从发动机舍弃到环境中的热量。

标题为“废热回收系统和用于其的涡轮膨胀机”且转让给博格华纳公司(BorgWarner Inc.)的美国专利公开号2019/0264606披露了一种ORC废热回收系统，其中基于传感器反馈由控制器主动致动涡轮机喷嘴。虽然此类型的解决方法具有性能优势，但是带有运动零件的部件数量增大使系统成本增加，并且增加的复杂性可能带来可靠性问题。

这样，仍然需要提供一种改进的废热回收系统。

发明内容

在本披露的一个描述的实施例中，描述了一种用于基于工作流体输出功率的涡轮膨胀机。所述涡轮机可以包括：能够被工作流体旋转的涡轮机叶片，以及联接到所述涡轮机叶片并且能够被所述涡轮机叶片旋转的轴，所述轴沿纵向轴线延伸。进一步包括喷嘴组件，所述喷嘴组件用于将所述工作流体引导到所述涡轮机叶片、并且用于使所述涡轮机叶片旋转。所述喷嘴组件包括绕所述轴布置并且邻近所述涡轮机叶片的喷嘴壳体、以及用于使所述工作流体加速的喷嘴部件。所述喷嘴部件限定了具有几何构型的喷嘴喉部。无源控制件联接到所述喷嘴部件并且引导所述工作流体。所述无源控制件可以具有与所述喷嘴处于流体连接的通道，并且所述通道包括可以横跨所述通道的内部宽度并置的密封件。所述密封件被构造成从关闭位置移动到打开位置。