带热交换器的废热回收系统技术方案

提供了一种废热回收系统(100)。至少一个热交换器(104)流体地联接到废热源(102)，并且被配置成选择性地从废热源(102)回收热量以加热工作流体(108)。能量转换装置(112)流体地联接到所述至少一个热交换器(104)，并且被配置成成接收工作流体(108)并且利用从废热源(102)回收的热量产生用于做功的能量或将能量传递到另一装置。冷凝器(122)流体地联接到能量转换装置(112)并且被配置成接收来自能量转换装置(112)的工作流体(108)并且将工作流体(108)冷凝成液相。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带热交换器的废热回收系统相关申请本申请要求标题为“具有热交换器的废热回收系统”、代理人卷号为CI-17-0259-01-US、于2017年5月17日提交的美国临时申请No.62/507,449的权益，其公开内容通过引用明确并入本文。
本公开总体上涉及能量回收系统，并且更具体地涉及具有用于内燃机的热交换器的废热回收系统。
技术介绍
内燃机可以有多种不同的配置。一些是火花点火的，其中空气和燃料(例如汽油)的混合物被输送到发动机的每个气缸并且在发动机循环期间的特定时间由例如火花塞点火以引起燃烧。燃烧使气缸中的活塞移动，引起曲轴旋转，曲轴将动力传递到传动系。其它发动机是压缩点火的，其中空气和燃料(例如柴油)的混合物被输送到每个汽缸，该汽缸在活塞的压缩冲程期间由于汽缸中的混合物的压缩而燃烧。在操作期间，发动机通常产生比操作活塞、曲轴和传动系所需的热量和能量更多的热量和能量。用于回收发动机产生的热量的传统废热回收系统提供了提高发动机效率的手段，否则这些热量将通过冷却和排热而损失。热量通常从高温源(例如，由内燃机(ICE)产生的排气或压缩进气)回收。这种高级废热回收系统包括构造成从高温源提取热量的部件。这些部件可包括排气再循环(EGR)锅炉、预增压空气冷却器(预CAC)、排气系统热交换器或配置成从高级热源提取热量的其它部件。然而，传统的废热回收系统不能提供更高水平的性能，并且不像现有应用那样紧凑或容易集成到现有应用中。常规废热回收系统的缺点包括重量高、制造和操作成本高以及组装和制造困难。因此，需要开发一种解决上述一个或多个缺点的废热回收系统。
技术实现思路
在一个实施例中，本公开提供了一种废热回收系统。至少一个热交换器流体地联接到废热源，并且被配置为选择性地从废热源回收热量以加热工作流体。至少一个能量转换装置流体地联接到所述至少一个热交换器，并且配置成接收所述工作流体并且使用从所述废热源回收的热量产生用于做功的能量或者将所述能量传递到另一装置。冷凝器流体地联接到所述至少一个能量转换装置，并且被配置为从所述至少一个能量转换装置接收所述工作流体并且将所述工作流体冷凝成液相。同流换热器流体地联接到所述至少一个能量转换装置，并且构造成接收来自所述至少一个能量转换装置的工作流体并且将所述工作流体的至少一部分传送到所述至少一个热交换器。在此实施例的一个方面中，至少一个能量转换装置使用所产生的能量提供电力或机械动力。在一个示例中，能量转换装置可以是活塞膨胀器、螺杆膨胀器、涡旋膨胀器、摆线膨胀器和涡轮膨胀器中的一个。在另一示例中，能量转换装置包括多个工作流体入口和多个工作流体出口中的至少一者。工作流体包括以下中的至少一种：水、乙醇、甲苯、乙二醇、水和乙二醇混合物、油、R245fa、R245fa的低GWP替代物、R1233zd(e)、其它烃基工作流体、其它氢氟碳基工作流体、油、这些工作流体的任何混合物。所述至少一个热交换器或同流换热器包括多个微管和多个微通道中的至少一者。废热源包括排气、再循环排气(EGR)、冷却剂、润滑剂、增压空气和上述源的任何组合(例如，混合增压，其是EGR和增压空气混合在一起)中的至少一者。在该实施例的另一方面，废热锅炉流体地联接到至少一个热交换器，并且构造成接收来自至少一个热交换器的工作流体并且蒸发所述工作流体并且将蒸发的工作流体传送到至少一个能量转换装置。废热锅炉被配置为从后处理装置产生的排气中提取热量以加热工作流体。在该实施例的又一方面，同流换热器包括多个微管。同流换热器与冷凝器、至少一个能量转换装置和至少一个热交换器流体地联接。冷凝器流体地联接到过冷却器，该过冷却器经由进给泵流体地联接到同流换热器。在本公开的另一实施例中，废热回收系统具有排气再循环(EGR)过热器和EGR锅炉，两者都流体地一起联接到废热源并且被配置为选择性地从废热源回收热量以加热工作流体。至少一个能量转换装置流体地联接到EGR过热器和EGR锅炉，并且构造成接收工作流体并且利用从废热源回收的热量产生用于做功的能量或者将能量传递到另一装置。冷凝器流体地联接到所述至少一个能量转换装置，并且配置成从所述至少一个能量转换装置接收所述工作流体并且将所述工作流体冷凝成液相，其中所述EGR过热器和所述EGR锅炉中的至少一者包括多个微管。在该实施例的一个方面，废热源包括排气、再循环排气(EGR)、冷却剂、润滑剂、增压空气和上述源的任意组合中的至少一者。来自排气的热量由废热锅炉回收，来自冷却剂的热量由冷却剂锅炉回收，来自增压空气的热量由增压冷却器或预增压空气冷却器回收。例如，“增压冷却器”将对进入的发动机空气进行所有冷却，而“预增压冷却器”将仅进行部分冷却。工作流体从预增压空气冷却器经由废热锅炉和冷却剂锅炉流体地连通到EGR过热器。在该实施例的另一方面，同流换热器流体地联接到所述至少一个能量转换装置，并且构造成接收来自所述至少一个能量转换装置的工作流体并且将所述工作流体的至少一部分传送到所述冷凝器。在本公开的又一实施例中，废热回收系统包括集成的排气再循环(EGR)锅炉/过热器，其流体地联接到冷却剂锅炉并且被配置为选择性地从冷却剂锅炉回收热量以加热工作流体。至少一个能量转换装置流体地联接到集成EGR锅炉/过热器，并构造成接收工作流体并产生用于做功的能量或使用从冷却剂锅炉回收的热量将能量传递到另一装置。冷凝器流体地联接到所述至少一个能量转换装置，并且被配置为从所述至少一个能量转换装置接收所述工作流体并且将所述工作流体冷凝成液相。在该实施例的一个方面，冷却剂锅炉连接到与发动机和用于循环冷却剂的散热器流体连通的泵。在该实施例的另一方面，涡轮机组件流体地联接到至少一个能量转换装置，并且配置成使用工作流体产生能量。涡轮机组件流体地联接到冷凝器，用于接收来自冷凝器的工作流体。涡轮机组件包括齿轮箱和驱动离合器，并且流体地联接到油箱、油冷却器和油泵中的至少一个。EGR锅炉/过热器包括多个微管。在本公开的又一实施例中，废热回收系统包括至少一个热交换器，该热交换器具有多个微管并且流体地联接到废热源并且被配置为选择性地从废热源回收热量以加热工作流体。至少一个能量转换装置流体地联接到所述至少一个热交换器，并且配置成接收所述工作流体并且使用从所述废热源回收的热量产生用于做功的能量或者将所述能量传递到另一装置。冷凝器流体地联接到所述至少一个能量转换装置，并且被配置为从所述至少一个能量转换装置接收所述工作流体并且将所述工作流体冷凝成液相。虽然公开了多个实施例，但是本领域技术人员从以下示出和描述本公开的说明性实施例的详细描述中，本公开的其他实施例将变得显而易见。因此，附图和详细描述应被认为是说明性的而非限制性的。附图说明通过结合附图参考本公开的实施例的以下描述，本公开的上述和其它特征以及获得它们的方式将变得更加明显，并且本公开本身将被更好地理解，其中：图1是根据本公开的实施例的具有热交换器的废热回收系统的示意性框图；图2是根据本公开的实施例的图1所示的废热回收系统的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种废热回收系统(100)，包括：/n至少一个热交换器(104)，其流体地联接到废热源(102)并且被配置成选择性地从所述废热源(102)回收热量以加热工作流体(108)；/n至少一个能量转换装置(112)，其流体地联接到所述至少一个热交换器(104)并且被配置成接收所述工作流体(108)并且使用从所述废热源(102)回收的所述热量产生用于做功的能量或者将所述能量传递到另一装置；/n冷凝器(122)，其流体地联接到所述至少一个能量转换装置(112)并且被配置成从所述至少一个能量转换装置(112)接收所述工作流体(108)并且将所述工作流体(108)冷凝成液相；以及/n同流换热器(120)，其流体地联接到所述至少一个能量转换装置(112)并且被配置成从所述至少一个能量转换装置(112)接收所述工作流体(108)并且将所述工作流体(108)的至少一部分传送到所述至少一个热交换器(104)，/n其中所述至少一个热交换器(104)或所述同流换热器(120)包括多个微管和多个微通道这二者中的至少一者。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170517 US 62/507,4491.一种废热回收系统(100)，包括：
至少一个热交换器(104)，其流体地联接到废热源(102)并且被配置成选择性地从所述废热源(102)回收热量以加热工作流体(108)；
至少一个能量转换装置(112)，其流体地联接到所述至少一个热交换器(104)并且被配置成接收所述工作流体(108)并且使用从所述废热源(102)回收的所述热量产生用于做功的能量或者将所述能量传递到另一装置；
冷凝器(122)，其流体地联接到所述至少一个能量转换装置(112)并且被配置成从所述至少一个能量转换装置(112)接收所述工作流体(108)并且将所述工作流体(108)冷凝成液相；以及
同流换热器(120)，其流体地联接到所述至少一个能量转换装置(112)并且被配置成从所述至少一个能量转换装置(112)接收所述工作流体(108)并且将所述工作流体(108)的至少一部分传送到所述至少一个热交换器(104)，
其中所述至少一个热交换器(104)或所述同流换热器(120)包括多个微管和多个微通道这二者中的至少一者。


2.根据权利要求1所述的废热回收系统(100)，其中所述至少一个能量转换装置(112)使用所产生的能量提供电力或机械动力。


3.根据权利要求1所述的废热回收系统(100)，其中所述至少一个能量转换装置(112)包括以下中的至少一者：活塞膨胀器、螺杆膨胀器、涡旋膨胀器、摆线膨胀器和涡轮膨胀器。


4.根据权利要求1所述的废热回收系统(100)，其中所述至少一个能量转换装置(112)包括多个工作流体入口和多个工作流体出口这二者中的至少一者。


5.根据权利要求1所述的废热回收系统(100)，其中所述工作流体(108)包括以下中的至少一种：水、乙醇、甲苯、乙二醇、水和乙二醇混合物、油、R245fa、R245fa的低GWP替代物、R1233zd(e)、其它烃基工作流体、其它氢氟碳基工作流体、油、这些工作流体的任何混合物。


6.根据权利要求1所述的废热回收系统(100)，其中所述废热源(102)包括以下中的至少一种：排气、再循环排气(EGR)、冷却剂、润滑剂和增压空气。


7.根据权利要求1所述的废热回收系统(100)，该废热回收系统还包括与所述至少一个热交换器(104)流体地联接的废热锅炉(110)，所述废热锅炉(110)被配置成接收来自所述至少一个热交换器(104)的所述工作流体(108)并蒸发所述工作流体(108)并将蒸发的所述工作流体(108)传送至所述至少一个能量转换装置(112)。


8.根据权利要求7所述的废热回收系统(100)，其中所述废热锅炉(110)被配置成从后处理装置(114)所产生的废气中提取所述热量以加热所述工作流体(108)。


9.根据权利要求1所述的废热回收系统(100)，其中所述同流换热器(120)包括多个微管。


10.根据权利要求9所述的废热回收系统(100)，其中所述同流换热器(120)与所述冷凝器(122)、所述至少一个能量转换装置(112)和所述至少一个热交换器(104)流体地联接。


11.根据权利要求9所述的废热回收系统(100)，其中所述冷凝器(122)流体地联接到过冷却器(124)，所述过冷却器(124)经由进给泵(126)流体地联接到所述同流换热器(120)。


12.一种废热回收系统(200)，包括：
废气再循环(EGR)过热器(202)和EGR锅炉(204)，这两者一起流体地联接到废热源(102)并且被配置成选择性地从所述废热源(102)回收热量以加热工作流体(108)；
至少一个能量转换装置(112)，其流体地联接到所述EGR过热器(202)和所述EGR锅炉(204)，并且被配置成接收所述工作流体(108)并...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·C·德拉汉蒂，T·C·恩斯特，J·S·克洛斯，B·A·博阿斯，
申请(专利权)人：康明斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US