多芯热回收增压冷却器制造技术

一种用于发动机系统的废热回收系统，包括与废热回收系统的工作流体路径连通的第一增压空气冷却器。第一增压空气冷却器包括第一废热回收芯和第一冷却流体芯。第一废热回收芯包括第一工作流体入口，该第一工作流体入口被配置为接收来自工作流体路径的工作流体。第一工作流体管道联接到第一工作流体入口和第一工作流体出口。第一冷却流体芯包括与冷却流体源流体连通的第一冷却流体入口和流体地联接到第一冷却流体入口和第一冷却流体出口的第一冷却流体管道。第一冷却流体管道被配置为将冷却流体从第一冷却流体入口引导到第一冷却流体出口。体出口。体出口。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多芯热回收增压冷却器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求对2020年3月23日提交的第62/993,253号美国临时申请的优先权，该美国临时申请的全部内容通过引用并入本文。


[0003]本公开总体上涉及用于发动机系统的废热回收(“WHR”)系统领域。
[0004]背景
[0005]内燃发动机在运行过程中，通过废气、发动机冷却系统、增压空气(charge air)冷却系统等将热能排放到外部环境。这些排放的未被用来做有用功的热能可以被称为“废热”。WHR系统捕获一部分废热来做有用功。一些WHR系统利用了朗肯循环(Rankine cycle)。朗肯循环是在朗肯循环回路中将热传递给工作流体的热力学过程。工作流体被泵送到热交换器，在热交换器中工作流体被汽化。蒸汽通过膨胀器，然后通过冷凝器，在冷凝器中蒸汽被冷凝回流体。膨胀的工作流体蒸汽使膨胀器旋转，从而将废热能转换为机械能。机械能可以传输到发动机系统部件，例如泵、压缩机、发电机等。
[0006]废热可以以热增压气体(hot charge gases)的形式从涡轮增压器上的压缩机排出。为了从增压气体提取热，可以使用增压空气冷却器(“CAC”)。增压冷却器提供热在增压气体和工作流体(例如，冷却剂、制冷剂等)之间的交换，使得热从增压气体传递到工作流体。因为增压气体可能被送回发动机的进气歧管，所以希望将增压气体冷却到发动机有效运行的温度。然而，在某些情况下，具有单个芯的增压冷却器不能提供足够的冷却来将增压气体的温度降低到所需的温度。
[0007]概述
[0008]在一组实施例中，一种用于发动机系统的废热回收系统包括与废热回收系统的工作流体路径流体连通的第一增压空气冷却器。第一增压空气冷却器包括第一废热回收芯和第一冷却流体芯。第一废热回收芯包括第一工作流体入口，该第一工作流体入口被配置为接收来自工作流体路径的工作流体。第一工作流体管道流体地联接到第一工作流体入口和第一工作流体出口，并且第一工作流体管道被配置为将工作流体从第一工作流体入口引导到第一工作流体出口。第一空气管道邻近第一工作流体管道并且与第一空气入口和第一空气出口流体连通。第一空气管道被配置为将空气从第一空气入口引导到第一空气出口，并且第一空气入口与空气源流体连通。第一冷却流体芯包括与冷却流体源流体连通的第一冷却流体入口和流体地联接到第一冷却流体入口和第一冷却流体出口的第一冷却流体管道。第一冷却流体管道被配置为将冷却流体从第一冷却流体入口引导到第一冷却流体出口。第二空气管道邻近第一冷却流体管道并且与第二空气入口和第二空气出口流体连通。第二空气管道被配置为将空气从第二空气入口引导到第二空气出口。第二空气入口与第一空气出口流体连通，并且第二空气出口与发动机的进气口或发动机的压缩机入口流体连通。
[0009]在另一组实施例中，提供了一种发动机系统。发动机系统包括废热回收系统。废热回收系统包括与第一工作流体路径、第一冷却流体路径和空气源流体连通的第一增压空气
冷却器。废热回收系统还包括与第二工作流体路径、第二冷却流体路径和空气源流体连通的第二增压空气冷却器。废热回收系统还包括第一流量控制阀，该第一流量控制阀选择性地引导工作流体的一部分通过第一工作流体路径，并且引导工作流体的其余部分通过第二工作流体路径。
[0010]在又一组实施例中，一种用于发动机系统的废热回收系统包括与工作流体路径和压缩空气源流体连通的第一增压空气冷却器。第一增压空气冷却器被配置为将压缩空气从第一空气入口引导到第一空气出口，并且将工作流体从第一工作流体入口引导到第一工作流体出口。第二增压空气冷却器与工作流体路径和压缩空气源流体连通，并且被配置为将压缩空气从第二空气入口引导到第二空气出口，并将工作流体从第二工作流体入口引导到第二工作流体出口。第二空气入口与第一空气出口流体连通，并且第二工作流体入口与第一工作流体出口流体连通。第三增压空气冷却器与冷却流体路径和压缩空气源流体连通，并且第三增压空气冷却器被配置为将压缩空气从第三空气入口引导到第三空气出口，并将冷却流体从第一冷却流体入口引导到第一冷却流体出口。第三空气入口与第二空气出口流体连通，并且第三空气出口与发动机系统的进气口连通。
[0011]附图简述
[0012]一个或更多个实施方式的细节在附图和下面的描述中阐述。本公开的其他特征、方面和优点将从描述、附图和权利要求变得明显，其中：
[0013]图1至图2是根据特定实施例的双芯CAC和包含该双芯CAC的WHR系统的图示。
[0014]图3是根据特定实施例的两级双芯CAC系统的图示。
[0015]图4是根据特定实施例的包含串联的两级双芯CAC系统300的WHR系统400的图示。
[0016]图5是根据特定实施例的包含并联的两级双芯CAC系统300的WHR系统500的图示。
[0017]图6至图7是根据特定实施例的三芯CAC和包含该三芯CAC的WHR系统的图示。
[0018]详细说明
[0019]以下是与使用具有多个芯的增压空气冷却器来冷却增压空气的方法、设备和系统有关的各种概念和实施方式的更详细的描述。上面介绍的和下面更详细讨论的各种概念可以以多种方式中的任何一种来实施，因为所描述的概念不限于任何特定的实施方式。提供具体实施方式和应用的示例主要是出于说明目的。
[0020]I.综述
[0021]WHR系统回收原本会从交通工具部件或系统，例如从交通工具的内燃发动机中损失的热能。WHR系统从部件或系统中提取的废热能越多，发动机的潜在效率就越高。换句话说，所提取的热不是被损失，相反所提取的热能可以重新用于例如补充从内燃发动机输出的功率，从而提高系统的效率。
[0022]本文的实施方式涉及各种WHR系统，这些WHR系统包含作为WHR系统的一部分的具有多个芯的CAC。CAC从涡轮增压器的压缩机(或其他空气处理部件，例如超级增压器、电动压缩机(e
‑
compressor)等)接收增压空气，冷却增压空气，并将增压空气提供给发动机的进气歧管。从增压空气中提取的热被用作WHR系统的一部分，并转换为机械能以提供有用功。相比于具有单个芯的CAC，包括多个芯的CAC能够将增压空气冷却到更低的温度。以更低的温度向进气歧管提供增压空气可以提高发动机的效率。此外，多芯CAC可以更好地利用增压气体的可用热能来增加WHR系统的功率输出或效率。
[0023]II.双芯CAC系统
[0024]图1至图2分别是多芯CAC 100和包含该多芯CAC 100的WHR系统200的图示。多芯CAC 100包括与冷却流体芯120流体连通的WHR芯110。
[0025]WHR芯110包括第一空气入口112、第一空气出口114、工作流体入口116和工作流体出口118。在一些实施例中，WHR芯110的结构类似于热交换器。在这样的实施例中，增压空气经由第一空气入口112从涡轮增压器的压缩机进入WHR芯110，并经由第一空气管道(未示出)被本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于发动机系统的废热回收系统，包括：第一增压空气冷却器，其与所述废热回收系统的工作流体路径流体连通，所述第一增压空气冷却器包括：第一废热回收芯，所述第一废热回收芯包括：第一工作流体入口，其被配置为接收来自所述工作流体路径的工作流体；第一工作流体管道，其流体地联接到所述第一工作流体入口和第一工作流体出口，所述第一工作流体管道被配置为将工作流体从所述第一工作流体入口引导到所述第一工作流体出口；和第一空气管道，其邻近所述第一工作流体管道，所述第一空气管道与第一空气入口和第一空气出口流体连通，并且所述第一空气管道被配置为将空气从所述第一空气入口引导到所述第一空气出口，所述第一空气入口与空气源流体连通；以及第一冷却流体芯，所述第一冷却流体芯包括：第一冷却流体入口，其与冷却流体源流体连通；和第一冷却流体管道，其流体地联接到所述第一冷却流体入口和第一冷却流体出口，所述第一冷却流体管道被配置为将冷却流体从所述第一冷却流体入口引导到所述第一冷却流体出口；和第二空气管道，其邻近所述第一冷却流体管道，所述第二空气管道与第二空气入口和第二空气出口流体连通，并且所述第二空气管道被配置为将空气从所述第二空气入口引导到所述第二空气出口，所述第二空气入口与所述第一空气出口流体连通，所述第二空气出口与发动机的进气口或所述发动机的压缩机入口流体连通。2.根据权利要求1所述的废热回收系统，其中，所述第一空气管道被配置为将热从空气传递到所述第一工作流体管道，从而将空气的温度从第一温度降低到第二温度。3.根据权利要求2所述的废热回收系统，其中，所述第二空气管道被配置为将热从空气传递到所述第一冷却流体管道，从而将空气的温度从所述第二温度降低到第三温度。4.根据权利要求1所述的废热回收系统，还包括：第二增压空气冷却器，其与所述工作流体路径流体连通，所述第二增压空气冷却器包括：第二废热回收芯，所述第二废热回收芯包括：第二工作流体入口，其被配置为接收来自所述第一工作流体出口的工作流体；第二工作流体管道，其流体地联接到所述第二工作流体入口和第二工作流体出口，所述第二工作流体管道被配置为将工作流体从所述第二工作流体入口引导到所述第二工作流体出口；和第三空气管道，其邻近所述第二工作流体管道，所述第三空气管道与第三空气入口和第三空气出口流体连通，并且所述第三空气管道被配置为将空气从所述第三空气入口引导到所述第三空气出口，所述第三空气入口与所述第二空气出口流体连通；和第二冷却流体芯，所述第二冷却流体芯包括：第二冷却流体入口，其与所述第一冷却流体出口流体连通；和第二冷却流体管道，其流体地联接到所述第二冷却流体入口和第二冷却流体出口，所述第二冷却流体管道被配置为将所述冷却流体从所述第二冷却流体入口引导到所述第二
冷却流体出口；和第四空气管道，其邻近所述第二冷却流体管道，所述第四空气管道与第四空气入口和第四空气出口流体连通，并且所述第四空气管道被配置为将空气从所述第四空气入口引导到所述第四空气出口，所述第四空气入口与所述第三空气出口流体连通，所述第四空气出口与所述发动机的所述进气口流体连通。5.根据权利要求4所述的废热回收系统，还包括：低压工作流体路径，所述第二增压空气冷却器位于所述低压工作流体路径内；高压工作流体路径；和双输入涡轮机，其被配置为从所述低压工作流体路径和所述高压工作流体路径接收工作流体。6.根据权利要求1所述的废热回收系统，其中，所述第一增压空气冷却器与低压工作流体路径流体连通，所述废热回收系统还包括：第二增压空气冷却器，其与高压工作流体路径流体连通，所述第二增压空气冷却器包括：第二废热回收芯，所述第二废热回收芯包括：第二工作流体入口，其被配置为接收来自所述高压工作流体路径的工作流体；第二工作流体管道，其流体地联接到所述第二工作流体入口和第二工作流体出口，所述第二工作流体管道被配置为将工作流体从所述第二工作流体入口引导到所述第二工作流体出口；和第三空气管道，其邻近所述第二工作流体管道，所述第三空气管道与第三空气入口和第三空气出口流体连通，并且所述第三空气管道被配置为将空气从所述第三空气入口引导到所述第三空气出口，所述第三空气入口与所述第二空气出口流体连通；和第二冷却流体芯，所述第二冷却流体芯包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：康明斯公司，
类型：发明
国别省市：