废热回收系统技术方案

本发明专利技术公开了一种废热回收系统。该废热回收系统可以包括涡轮膨胀器。该涡轮膨胀器可以包括可旋转地联接到轴的涡轮叶片，并且所述轴可以与喷嘴环可旋转地接合。喷嘴环可以包括拉伐尔喷嘴。废热回收系统可以额外地包括压力传感器。压力传感器可以流体地位于拉伐尔喷嘴的上游并流体地位于蒸发器的下游。压力传感器可配置成测量工作流体的压力并传输工作流体压力信号。此外，废热回收系统可以包括电子控制器。该电子控制器可以配置成接收工作流体压力信号并且响应于工作流体压力信号来传输工作流体流量调节信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】废热回收系统
本公开总体上涉及一种发动机系统，并且更具体地涉及一种用于发动机系统的废热回收系统。
技术介绍
与发动机系统相关联的废热回收系统可以包括与发动机的排气流热连通的蒸发器。蒸发器可配置成吸收排气流的热能并将排气流的热能传递到流过与废热回收系统相关联的工作流体导管的工作流体。废热回收系统可额外地包括流体地位于蒸发器下游的涡轮膨胀器，其配置成当工作流体穿过涡轮膨胀器时产生功。而且，该系统可以包括流体地位于膨胀器下游的冷凝器，并且该冷凝器可以将离开所述膨胀器的蒸气相工作流体冷凝成液相工作流体。最后，这样的系统可以包括流体地位于冷凝器下游但流体地位于蒸发器上游的泵。该泵可用于推动工作流体通过废热回收系统。有效控制废热回收系统的一个关键方面是测量并随后调节工作流体质量流量。通常，废热回收系统设计师通过安装专用的质量或体积流量计，例如科里奥利流量计来测量工作流体质量流量或使用涡轮或其他类型的体积流量计来测量体积流量，然后基于流体的热状态来计算质量流速，从而解决该问题。这些选项中的每一个都很昂贵。本公开旨在克服上述的一个或多个问题和/或与已知废热回收系统相关的其他问题。
技术实现思路
根据本公开的一个方面，公开了一种废热回收系统。废热回收系统可以包括涡轮膨胀器。涡轮膨胀器可以包括可旋转地联接到轴的涡轮叶片，并且该轴可以与喷嘴环可旋转地接合。喷嘴环可以包括拉伐尔喷嘴。废热回收系统可以额外地包括压力传感器。压力传感器可以流体地位于拉伐尔喷嘴的上游并流体地位于蒸发器的下游。压力传感器可配置成测量工作流体的压力并传输工作流体压力信号。此外，废热回收系统可以包括电子控制器。电子控制器可以配置成接收工作流体压力信号并且响应于工作流体压力信号来传输工作流体流量调节信号。根据本公开的另一方面，公开了一种发动机系统。发动机系统可以包括发动机和排气导管。排气导管可以位于发动机的下游并流体地联接至发动机并且配置成将排气流输送离开发动机。发动机系统可以额外地包括蒸发器。蒸发器可以与排气流和涡轮膨胀器热连通。涡轮膨胀器可以包括具有拉伐尔喷嘴的喷嘴环。而且，发动机系统可以包括工作流体导管，该工作流体导管将蒸发器与涡轮膨胀器流体地联接。此外，发动机系统可以包括压力传感器。压力传感器可以与工作流体导管可操作地关联并且被定位在蒸发器和拉伐尔喷嘴之间。此外，压力传感器可配置成测量工作流体导管中的工作流体的压力并传送工作流体压力信号。此外，发动机系统可以包括电子控制器。电子控制器可以配置成接收工作流体压力信号并且响应于工作流体压力信号传送工作流体流量调节信号。根据本公开的另一实施例，公开了一种操作废热回收系统的方法。该方法可包括将压力传感器流体地位于涡轮膨胀器的拉伐尔喷嘴的上游并流体地位于蒸发器的下游。压力传感器可配置成测量工作流体的压力并传输工作流体压力信号，而涡轮膨胀器可包括可旋转地联接至轴的涡轮叶片，并且该轴可与喷嘴环可旋转地接合。喷嘴环可以包括拉伐尔喷嘴。该方法可以额外地包括将温度传感器流体地位于涡轮膨胀器的拉伐尔喷嘴的上游并且流体地位于蒸发器的下游。温度传感器可配置成测量工作流体的温度并传输工作流体温度信号，而涡轮膨胀器可包括可旋转地联接至轴的涡轮叶片，该轴与喷嘴环可旋转地接合并且该喷嘴环可以包括拉伐尔喷嘴。此外，该方法可以包括配置电子控制器以接收工作流体压力信号和工作流体温度信号，利用工作流体压力信号和工作流体温度信号计算工作流体质量流量，并且响应于工作流体压力信号和工作流体温度信号来传输工作流体流量调节信号。此外，该方法可以包括配置流动控制装置以接收工作流体流量调节信号并响应于工作流体流量调节信号来改变工作流体质量流量。最后，该方法可以包括确定工作流体流量是否需要调节并且当工作流体质量流量需要调节时将工作流体流量调节信号传输至所述流动控制装置。当结合附图阅读时，将更容易理解本公开的这些和其他方面与特征。附图说明图1示出了根据本公开的一个方面的示例性发动机系统的框图。图2示出了根据本公开的一个方面的示例性废热回收系统的示意图。图3示出了可以与根据图2的示例性废热回收系统一起使用的示例性涡轮膨胀器的剖视局部横截面视图。图4示出了可结合图2的废热回收系统使用的示例性控制系统的框图。图5是示出了根据本公开的另一方面的带有图4的控制系统的用于操作图2和图3的废热回收系统的方法的示例性步骤的流程图。具体实施方式现在将参照附图描述本公开的各个方面，其中，其中除非另有指定，否则相同的附图标记表示相同的元件。参考图1，根据本公开的一个方面，示出了示例性发动机系统10的框图。发动机系统10可以包括发动机12，该发动机例如可以是诸如往复式活塞发动机或燃气涡轮发动机的内燃机。根据本公开的一个方面，发动机12是燃气涡轮发动机、火花点火发动机或诸如柴油发动机或本领域已知的其它压燃式点火发动机12的压燃式点火发动机。发动机12可以用于向包括但不限于汽车、海上运输工具、发电机、泵、公路货车、越野载重车等任何机器提供动力。在一个实施例中，发动机12可以用于向公路货车提供动力。然而，发动机系统10可以与任何行业相关联，包括但不限于运输、建筑、林业、农业、材料处理、海运等。发动机系统10可以包括位于发动机12下游并流体地联接至发动机12的排气导管14。排气导管14可配置成将排气流16输送离开发动机12。发动机系统10还可以包括涡轮增压器系统18，该涡轮增压器系统流体地位于发动机12的下游并且与排气流16流体连通。涡轮增压器系统18可配置成从排气流16提取功以增加发动机12的入口流的压力。发动机系统10还可以包括废热回收系统20。废热回收系统20可以流体地位于发动机12和涡轮增压器系统18的下游。相应地，涡轮增压器系统18可沿排气导管14位于废热回收系统20的上游。废热回收系统20可以与排气流16热连通。废热回收系统20还可以包括电子控制器22，该电子控制器可以配置成接收工作流体压力信号24并且响应于工作流体压力信号24传输工作流体流量调节信号26。电子控制器22可以是任何类型的电子处理器，例如在发动机12或采用发动机12的机器上的专用处理器。替代性地，电子控制器22可以是与废热回收系统20特定关联的独立的装置。本公开的示例性废热回收系统20在图2的示意图中示出。如上所述，废热回收系统20可以与排气流16热连通。更具体地说，如图2所示，当排气流16通过蒸发器32时，排气导管14内的排气流16可将来自排气流16的热量(Q)传递到在工作流体导管30中流动的工作流体28。随后，工作流体28可以继续通过废热回收系统20移动到涡轮膨胀器34。涡轮膨胀器34可以通过工作流体导管30流体地位于蒸发器32的下游并且与蒸发器32流体连通。涡轮膨胀器34可配置成当工作流体28穿过涡轮膨胀器34时产生功。而且，如图2所示，废热回收系统20可以包括冷凝器36，该冷凝器通过工作流体导管30流体地位于涡轮膨胀器34的下游并与涡轮膨胀器34流体连通。冷凝器36可配置成冷凝离开涡轮膨胀器34的气相的工作流体28，从而在离开冷凝器36之后产生液相的工作流体28。此外，废热回收系统20可以包括流动控制装置38，其通过工作流体导管30流体地位于冷凝器36的下游并且与冷凝器36流体连通。而且，如图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种废热回收系统，包括：涡轮膨胀器，所述涡轮膨胀器包括涡轮叶片，所述涡轮叶片可旋转地联接至轴，所述轴可旋转地与喷嘴环接合，所述喷嘴环包括拉伐尔喷嘴；压力传感器，所述压力传感器流体地位于所述拉伐尔喷嘴的上游并流体地位于蒸发器的下游，所述压力传感器配置成测量工作流体的压力并且传输工作流体压力信号；以及电子控制器，所述电子控制器配置成接收所述工作流体压力信号并且响应于所述工作流体压力信号传输工作流体流量调节信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.19 US 14/946,3011.一种废热回收系统，包括：涡轮膨胀器，所述涡轮膨胀器包括涡轮叶片，所述涡轮叶片可旋转地联接至轴，所述轴可旋转地与喷嘴环接合，所述喷嘴环包括拉伐尔喷嘴；压力传感器，所述压力传感器流体地位于所述拉伐尔喷嘴的上游并流体地位于蒸发器的下游，所述压力传感器配置成测量工作流体的压力并且传输工作流体压力信号；以及电子控制器，所述电子控制器配置成接收所述工作流体压力信号并且响应于所述工作流体压力信号传输工作流体流量调节信号。2.根据权利要求1所述的废热回收系统，还包括温度传感器，所述温度传感器流体地位于所述拉伐尔喷嘴的上游并流体地位于所述蒸发器的下游，所述温度传感器配置成测量所述工作流体的温度并且传输工作流体温度信号，并且所述电子控制器进一步配置为接收所述工作流体温度信号，利用所述工作流体压力信号和所述工作流体温度信号来计算工作流体质量流量，并且响应于所述工作流体压力信号和所述工作流体温度信号而传输所述工作流体流量调节信号。3.根据权利要求2所述的废热回收系统，还包括流动控制装置，所述流动控制装置配置成接收所述工作流体流量调节信号并响应于所述工作流体流量调节信号改变所述工作流体质量流量。4.根据权利要求3所述的废热回收系统，所述电子控制器配置成利用所述工作流体压力信号和所述工作流体温度信号在下列等式中计算所述工作流体质量流量：其中，是工作流体质量流量，C是无量纲流量系数，A是流量孔横截面积，k是所述工作流体的Cp/Cv，Cp是所述工作流体在恒定压力下的比热，Cv是所述工作流体在恒定体积下的比热，ρ0是所述工作流体在总压力P0和总温度T0下的密度，P0是所述拉伐尔喷嘴上游的所述工作流体的压力，并且T0是所述拉伐尔喷嘴上游的所述工作流体的所述温度。5.根据权利要求2所述的废热回收系统，还包括配置成输送所述工作流体的工作流体导管，所述压力传感器与所述涡轮膨胀器和所述蒸发器之间的所述工作流体导管可操作地关联。6.根据权利要求5所述的废热回收系统，所述温度传感器与所述涡轮膨胀器和所述蒸发器之间的所述工作流体导管可操作地关联。7.根据权利要求2所述的废热回收系统，所述涡轮膨胀器还包括壳体，所述壳体至少部分地限定用于所述工作流体的所述拉伐尔喷嘴的上游的充气室，所述压力传感器可操作地与所述充气室相关联。8.根据权利要求7所述的废热回收系统，所述温度传感器可操作地与所述充气室相关联。9.根据权利要求1所述的废热回收系统，所述蒸发器与排气流热连通并配置为吸收所述排气流的热能并将所述热能传递到所述工作流体。10.一种发动机系统，包括：发动机；在所述发动机的下游且流体地联接到所述发动机的排气导管，所述排气导管配置成将排气流输送离开所述发动机；蒸发器，所述蒸发器与所述排气流热连通；涡轮膨胀器，所述涡轮膨胀器包括喷嘴环，所述喷嘴环包括拉伐尔喷嘴；工作流体导管，所述工作流体导管将所述蒸发器与所述涡轮膨胀器流体地联接；压力传感器，所述压力传感器可操作地与所述工作流体导管相关联，所述压力传感器定位在所述蒸发器和所述拉伐尔喷嘴之间，所述压力传感器配...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·M·休舍尔，
申请(专利权)人：博格华纳公司，
类型：发明
国别省市：美国,US