废热回收和转换制造技术

根据本发明专利技术的实施例提供了用于废热回收转换的系统和方法。废热回收转换系统包括非侵入地安装到发动机上的壳体。废热回收转换系统还包括壳体内的功率变换装置(PCU)。PCU包括热交换器、膨胀机、电力发电机和流体泵。热交换器、膨胀机、流体泵和流体储存器形成热力回路，其使用来自废热的热能来驱动电力发电机。这种配置下的废热回收转换系统可以减少污染物，同时可以节省燃料。

Waste heat recovery and conversion

According to the embodiments of the present invention, a system and method for waste heat recovery conversion are provided. The waste heat recovery conversion system includes a non intrusive shell mounted on the engine. The waste heat recovery conversion system also includes a power conversion device (PCU) inside the shell. PCU includes heat exchangers, expanders, power generators, and fluid pumps. The heat exchanger, expander, fluid pump and fluid reservoir form a thermodynamic loop, which uses heat energy from waste heat to drive the power generator. The waste heat recovery and conversion system under this configuration can reduce pollutants and save fuel.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】废热回收和转换相关申请的交叉引用本申请要求2015年1月30日提交的美国临时专利申请62/125,743和2015年2月1日提交的美国临时专利申请62/110,596的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
技术介绍
将热能转换成可用能量(例如机械能和/或电能)的电力系统通常由独立部件组成，这些独立部件经由凸缘、配件、联轴器、电线导管等通过柔性软管和刚性管热耦合(例如，液压和电气)。这些联轴器互连电力系统的各个零件，包括阀门、传感器、断路器、辅助监测设备、控制设备等。这些联轴器可以造成低效率和故障。例如，涉及振动应力(例如，车辆)的实现可以在经由联轴器通过整个电力系统传播的部件上引起共振。因此，这种实现使用机械解耦来避免故障和/或增加寿命。然而，解耦可以对电力系统造成其他压力。例如，机械解耦闭环热工水力和电气系统可能导致热工水力管和电气连接上的疲劳和谐振循环。另外,电力系统使用上述联轴器在独立部件之间传递流体。例如，一些部件执行热力学功能(例如膨胀、冷凝、加压、减压、以及流体能量含量的增加/减少)以产生扭矩和/或电。因此，系统的效率、可靠性和耐久性通常随独立部件之间的联轴器长度的增加而减小。因此，需要最小化在高振动环境中工作的电力系统中的联轴器的数量和长度。另外，电力系统可采用废热回收系统，其包括热交换器以捕获废热，并利用它来提高性能、降低燃料消耗和污染物排放。然而，热交换器也可以造成故障和低效率。例如，加压管的簇可焊接到热交换器集管以用作管壳式热交换器。如果任何管发生机械故障和/或泄漏(例如，由于腐蚀、疲劳)，则不可能将它们从集管中拆卸，因此它们的修理和维护可能是昂贵的。另外，通常用于将管密封到热交换器集管的焊接工艺可能导致冶金应力并加速腐蚀和/或机械故障。因此，需要最小化维护或替换电力系统中的热交换器的成本和精力。总体而言，通过集成它们来增加非侵入式可改装废热回收和转换系统部件的可靠性，以缩短其热工水力连接并同时增强其相对于振动应激源的保护，代表了经济和环境优势。这种废热回收和转换系统可以减少污染物排放并增强公众安全。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例提供了用于废热回收转换的系统和方法。废热回收转换系统包括可安装到发动机上的壳体。废热回收转换系统还包括壳体内的功率变换装置。PCU包括热交换器、膨胀机、电力发电机和流体泵。热交换器、膨胀机、流体泵和流体储存器形成热力回路，其使用来自废热的热能来驱动电力发电机。附图说明并入且构成本说明书的一部分的附图说明了本专利技术的几个实施例，并与说明书一起用于解释描述废热回收和转换系统及各种部件的装置和方法的原理。图1A表示说明根据本专利技术的方面的废热回收和转换系统的示例性配置的框图。图1B是说明根据本专利技术的方面的示例性功率变换装置(PCU)的框图。图1C是说明根据本专利技术的方面的PCU的框图。图1D是说明根据本专利技术的方面的示例性PCU的框图。图2A说明根据本专利技术的方面的示例性发动机室的侧视图。图2B说明根据本专利技术的方面的示例性发动机室的侧视图。图3A说明根据本专利技术的方面的示例性PCU安装总成的顶部透视图。图3B说明根据本专利技术的方面的示例性机车发动机室顶盖的顶部透视图。图3C说明根据本专利技术的方面的示例性PCU安装总成的侧面透视图。图4说明根据本专利技术的方面的PCU安装总成的示例性有源隔振器的侧面透视图。图5说明根据本专利技术的方面的装配在覆盖发动机室的发动机罩上的示例性PCU的侧面透视图。图6说明根据本专利技术的方面的示例性PCU的侧面透视图。图7说明根据本专利技术的方面的示例性PCU的下部透视图。图8说明根据本专利技术的方面的示例性PCU的侧面透视图。图9说明根据本专利技术的方面的示例性PCU的侧面透视图。图10说明根据本专利技术的方面的发动机室的示例性加固结构的侧面透视图。图11说明根据本专利技术的方面的示例性加固结构的侧面透视图。图12A说明根据本专利技术的方面的示例性振动和冲击衰减系统的侧面透视图。图12B说明根据本专利技术的方面的示例性振动和冲击衰减系统的侧面透视图。图12C说明根据本专利技术的方面的示例性振动和冲击衰减系统的侧面透视图。图13A说明根据本专利技术的方面的示例性机动车辆平台的后部透视图。图13B说明根据本专利技术的方面的装配到机动车辆平台的示例性PCU的后部透视图。图13C说明根据本专利技术的方面的装配到机动车辆平台的示例性PCU的后部透视图。图13D说明根据本专利技术的方面的装配到机动车辆平台的示例性PCU的后部透视图。图13E说明根据本专利技术的方面的装配到机动车辆平台的示例性PCU的后部透视图。图14说明根据本专利技术的方面的装配到海洋运输平台的示例性PCU的透视图。图15A说明根据本专利技术的方面的耦合到内燃动车组的示例性PCU的底部透视图。图15B说明根据本专利技术的方面的耦合到DMU的示例性PCU的底部透视图。图15C说明根据本专利技术的方面的耦合到DMU的示例性PCU的底部透视图。图16说明根据本专利技术的方面的将热交换器示例性地装配到排气歧管的透视图。图17A说明根据本专利技术的方面的将叠式热交换器示例性地装配到排气管的侧面透视图。图17B说明根据本专利技术的方面的将叠式热交换器示例性地装配到排气管的底部透视图。图18A说明根据本专利技术的方面的将高压密封管非永久性地装配到热交换器集管的管板的示例性系统的侧面透视图。图18B说明根据本专利技术的方面的将高压密封管非永久性地装配到热交换器集管的管板的示例性系统的侧面透视图。图19A说明根据本专利技术的方面的高压密封管的示例非永久性装配的侧面透视图。图19B说明根据本专利技术的方面的示例性热交换器集管的侧面透视图。图20A说明根据本专利技术的方面的将叠式热交换器装配到废气排放管的示例性系统的功能组件图表。图20B说明全集成废热回收和转换系统，其中，功率变换装置根据本专利技术的方面嵌有废气排放管外部结构。图20C说明全集成废热回收和转换系统，其中，功率变换装置根据本专利技术的方面嵌有废气排放管外部结构。图21A说明根据本专利技术的方面的示例性地装配歧管热交换器的侧面透视图。图21B说明根据本专利技术的方面的示例性歧管热交换器的内部构件的侧面透视图。图21C说明根据本专利技术的方面的装配歧管热交换器的示例性过程的功能流程图。图22说明根据本专利技术的方面的应用到柴油机驱动车辆并示出在加速和巡航条件下通过电源管理系统将热能源(即，废气)转换为用于将电力分配到传动系统、蓄电池组和电网的调整过的电的废热回收系统的示例性框图。图23说明根据本专利技术的方面的应用到柴油机驱动车辆并示出将热能源(即，废气)转换为调整过的电以支持在制动到充电蓄电池期间调节产生的电的电源管理系统并为辅机负载供给的废热回收系统的示例性框图。图24说明根据本专利技术的方面的应用到柴油机驱动车辆并示出转换来自蓄电池组的调整过的电以驱动压缩机以通过压缩发动机进气减少污染物排放的废热回收系统的示例性框图。图25说明根据本专利技术的方面的运用流经歧管或通道的废能流体以将经由热交换器回收的热能转换为机械扭矩、电和压缩空气的废热回收系统的示例性框图，其中，转换能量通过由功率变换装置(PCU)支持的能源转换与利用系统管理。图26说明根据本专利技术的方面的应用于例如由内燃动车(DMU)组(或任何运输平台)的操作表示的转换废热和机械能的形成废热回收和转换系统的部件的示例性布局的框图。图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种废热回收转换系统(10)，包括：壳体(402),所述壳体(402)经配置用于安装在发动机(40)上；以及功率变换装置(30)，所述功率变换装置(30)在所述壳体内，所述PCU包括：多个热交换器(24、25、26)；膨胀机(128)；电力发电机(127)；以及流体泵(107)；其中，所述多个热交换器、所述膨胀机、所述流体泵和所述流体储存器形成热力回路，所述热力回路使用来自废热的热能驱动所述电力发电机。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.30 US 62/125,743;2015.02.01 US 62/110,5961.一种废热回收转换系统(10)，包括：壳体(402),所述壳体(402)经配置用于安装在发动机(40)上；以及功率变换装置(30)，所述功率变换装置(30)在所述壳体内，所述PCU包括：多个热交换器(24、25、26)；膨胀机(128)；电力发电机(127)；以及流体泵(107)；其中，所述多个热交换器、所述膨胀机、所述流体泵和所述流体储存器形成热力回路，所述热力回路使用来自废热的热能驱动所述电力发电机。2.根据权利要求1所述的废热回收转换系统，进一步包括多个隔振器(304)，所述多个隔振器(304)经配置用于安装在所述壳体和所述发动机之间。3.根据权利要求1或2所述的废热回收转换系统，其中，包括所述PCU的所述多个热交换器包括电容器。4.根据权利要求1至3所述的废热回收转换系统，其中，包括所述PCU的所述多个热交换器包括发电机热交换器(26)，所述发电机热交换器(26)将来自所述电力发电机的废热传递到第一流体。5.根据权利要求1至4所述的废热回收转换系统，其中，所述PCU进一步包括电源模块热交换器(145)，所述电源模块热交换器(145)安装到所述PCU的电子设备，并且经配置为将废热从所述电子设备传递到第一流体。6.根据权利要求1至5所述的废热回收转换系统，其中，所述多个热交换器、所述膨胀机、所述电力发电机和/或所述流体泵之间的电线和管的最大长度约为两英尺。7.根据权利要求1至6所述的废热回收转换系统，进一步包括发动机冷却系统热交换器(21)，所述发动机冷却系统热交换器(21)经配置为：安装到所述发动机的进气歧管(104)；以及将废热从所述进气歧管传...

【专利技术属性】
技术研发人员：克劳迪奥·菲利波内，
申请(专利权)人：克劳迪奥·菲利波内，
类型：发明
国别省市：美国,US