双模式废热回收膨胀机和控制方法与流程

本申请要求享有2016年2月15日提交的62/295,323号美国临时申请的权益。

本公开通常涉及的领域包括废热回收系统和双模式废热回收膨胀机及其制造和使用方法。

背景技术

交通工具可以以产生废热的方式运行，并且可以进一步运行以将废热转化为有用的能量或将废热转化为有用的形式。

技术实现要素：

多种变型可以包括一种可以包括废热回收系统的系统，该废热回收系统可以具有至少一个可操作地连接到交通工具发动机系统以便从其回收废热的第一锅炉或蒸发器。另外，废热回收系统可以包括工作流体。而且，与膨胀设备相结合，该工作流体可以直接或间接地向交通工具发动机系统的曲轴、交通工具的变速器或传动系提供能量。工作流体可以直接向发电机、液压储存设备(例如，蓄能器)或机械储存设备(例如，飞轮)提供能量。可以想到的是，发电机可以被构造并布置成将来自工作流体的能量转换成电能。

多种变型可以包括一种可包括首先提供废热回收系统的方法。废热回收系统可以具有工作流体，还可以包括至少一个可以可操作地联接到交通工具发动机系统的第一锅炉或蒸发器。接下来，可以从交通工具发动机系统将废热进行回收。最后，来自工作流体的能量可以直接或间接地传递给交通工具发动机系统的曲轴或者可以经由膨胀设备、液压储存设备(例如，蓄能器)或机械储存设备(例如，飞轮)传递给发电机。发电机或其他蓄能设备可以构造和布置成将膨胀设备做功转换成电能或其他可储存的形式。

本发明范围内的其他说明性变型将根据下文提供的具体实施方式而变得清楚。应当理解的是，虽然对本发明范围内的变型进行了公开，具体实施方式和具体实施例旨在用于仅说明的目的，不旨在限制本发明的范围。

附图说明

根据具体实施方式和附图，将更全面地理解本发明范围内的变型的选择实施例，其中：

图1是根据多个变型的系统的示意图。

具体实施方式

以下对变型的描述在本质上仅仅是说明性的，绝不旨在限制本发明的范围、其应用或用途。

多个变型可以包括一种可以包括废热回收系统14的系统，废热回收系统14可以具有至少第一锅炉50。第一锅炉50可以可操作地连接到交通工具发动机系统40以便从其回收废热。而且，废热回收系统14还可以包括工作流体。可以想到的是，工作流体可以直接将能量提供给交通工具发动机系统40的曲轴41或者经由膨胀设备26提供给发电机43。发电机43可以构造和布置成将由工作流体收集的来自发动机或其他交通工具系统的废热能量转换成电能或其他可储存的能量形式。

如图1中所示的变型所示，系统10可以包括废热回收系统14。废热回收系统14可以是有机朗肯循环，或者可以是本领域技术人员已知的任何其他的废热回收系统。可以想到的是，废热回收系统14可以包括废热回收系统膨胀机26。废热回收系统膨胀机26还可以包括可以同轴连接到发电机43的涡轮、活塞、涡旋机或者本领域技术人员已知的其他特征。附加地或可选地，电动摩擦离合器39可以同轴地连接到发电机43。另外，可以想到的是，电动摩擦离合器39可以轴向地悬于发电机43之上。另外可以想到的是，电动摩擦离合器39可以具有与其附接的齿轮或其他机械连接。机械连接可以提供简化作用。另外，可以想到的是，控制器102可以控制发电机43的功率输出。控制器102可以是计算机、计算机程序，或者本领域技术人员已知的任何其他控制器。而且，控制器可以基于交通工具发动机的最有效运转来改变可以传递给电气系统或机械联接的功率的比例。

可以想到的是，图1中所示的多个变型可以实现节约燃料的优点。首先，通过直接联接废热回收系统膨胀机26与曲轴41，可以消除电损耗，因为这种方法不使用或不需要发电机。在各种现有技术方法中，当交通工具发动机在膨胀设备的设计工况之外运行时可能会有效率损失。这些效率损失可能是归因于余热回收系统膨胀机的运行范围，因为废热回收系统膨胀机的速度可能直接与发动机曲轴的转速成正比。根据图1所示的多个变型，本发明的废热回收系统14和交通工具发动机系统40连同控制器可以允许废热回收系统14利用直接机械联接或电气系统使用之一或者同时两者的优势，以便从工作流体的废热中提取最大的热和机械效率。

另外如图1所示的多个变型中所示，废热回收系统膨胀机26可以以其他方式用于进一步减少燃料使用。可以想到的是，系统10可以具有将发电机43直接联接到曲轴41的能力。附加地或可选地，该系统可以用于在交通工具减速事件期间将来自发动机40的过剩动能转换成电能，而不是通过常规制动方法将能量转换成热量。附加地或可选地，发电机43可以用作牵引电动机，以便在高负荷事件期间辅助交通工具传动系。这可以通过发动机小型化和降速而实现燃料节约。而且，由于发电机必须足够大以用于余热回收，发电机43也可以代替发动机起动电动机和交流发电机。这可以实现发动机起动、停止以及怠速消除，以另外节约燃料。而且，这可以通过更换部件和缩小整体的发动机封装体积来降低发动机的整体成本和重量。

根据上述以及附加和/或可选地示于图1的多个变型，系统可以包括废热回收系统14。废热回收系统14可以是有机朗肯循环，或者可以是本领域技术人员已知的任何其他的废热回收系统。系统10可以进一步包括可以包括进气管路30的发动机40或者发动机系统，进气管路30可以操作性地联接到压缩机20。进气管路30还可以包括空气增压器冷却器32和空气增压冷却器旁通管路34。空气增压冷却器旁通管路34可以在其中具有阀36，且可以附加地或可选地设置成构造和布置为使得至少一部分流经进气管路30的空气可以在使用者要求时绕过空气增压冷却器32。进气歧管38可以操作性地连接到进气管路30，且可以进一步构造和布置成将气流提供给发动机40的多个燃烧室42。另外，排出歧管44可以操作性地连接到发动机40，以便接收可从多个燃烧室42排出的排气。排气管道45可以设置在排出歧管44与排气再循环阀(egr)46之间。高压排气再循环回路48可以连接到排气再循环阀46。

废热回收系统14可以另外包括第一锅炉50，第一锅炉50可以设置在高压排气再循环回路48中。第一锅炉50可以包括进口56，进口56可以为废热回收系统14的工作流体提供进入到第一锅炉50的进口。另外，第一锅炉50可以包括出口58，以便于工作流体离开第一锅炉50。可以想到的是，废热回收系统14可以包括第一锅炉旁通管路52。第一锅炉旁通管路52中可以包括有阀54，阀54可以构造和布置成当使用者通过控制器102要求时允许至少一部分流经高压排气再循环回路48的排气绕过第一锅炉50。另外，高压排气再循环回路48可以从第一锅炉50和旁通管路52以间接或直接的方式连接到进气歧管38。

再次参照图1所示的变型，排出管道47可以从排气再循环阀46延伸至涡轮增压器18的涡轮22。涡轮22的排气可以通过排气管路49离开，且可以继续到达任选的第二锅炉82或到大气中。再者，第二锅炉82可以包括用于允许来自废热回收系统的工作流体进入第二锅炉82的进口。另外，第二锅炉82可以包括用于允许工作流体离开膨胀机82的出口66。第二锅炉82的出口66可以可操作地联接到管道71。如果使用者要求，可以另外将低压排气再循环回路连接到排出段51和进气歧管30。

如图1另外所示的，工作流体管路76可以连接到废热回收系统26。另外，可以另外将工作流体管路86连接到冷凝器90。可以想到的是，冷凝器90可以包括冷却流体输入管路92和另外的冷却流体输出管路94，或者可以暴露于周围环境以便将热从工作流体传递走。可以将工作流体管路96从冷凝器90连接到泵98。泵98可以构造和布置成增加工作流体的压力。工作流体管路100可以连接到泵98并另外连接到三通阀68。三通阀68可以控制工作流体流动经过工作流体管路并进入到第一锅炉50。工作流体管路72可以从三通阀68延伸到第二锅炉82的进口64。

可以设置控制器102，且控制器102可以构造和布置成从多个传感器接收输入信号104，该多个传感器包括但不限于：发动机传感器108，压缩机11上的传感器，工作流体管路中的一个或多个中的传感器，或者本领域技术人员所要求的系统10或废热回收系统14的任何其他部分。可以想到的是，控制器可以发送至少一个可以控制系统10的一个或多个组件的输出信号106。

可以想到的是，废热回收膨胀机26可以构造和布置成产生轴功，且可以连接到发电机的轴。发电机产生的电可以在必要时输送给转换器，然后在使用者要求时储存在电池或其他储存设备中。可以设置充电控制器，且充电控制器可以控制电池充电的计时速率和参数。电气输出线路可以连接到电池以及废热回收泵98、冷凝器冷却剂泵或者交通工具中其他组件中的至少一个，以便选择性地向它们供电。

在图1所示的多个变型中，控制器102或其他设备可以用于确定发动机负荷需求的快速增加，该负荷需求包括但不限于当交通工具操纵者快速踩下加速器以使该交通工具加速以便超过一个交通工具、快速变道或类似的情况。

在多个变型中，废热回收系统14的合适工作流体可以包括但不限于乙醇、水、甲苯、甲醇、制冷剂或本领域技术人员已知的其他流体中的至少一种。

在多个变型中，控制器102可以是可连接到多个交通工具组件的电子控制模块，该多个交通工具组件包括但不限于发动机40、发电机43、机械能回收组件和/或膨胀机26。控制器102可以包括构造和布置成控制组件的硬件和/或软件，该组件包括废热回收循环14和交通工具发动机系统40的组件。可以想到的是，可以设置至少一个第二电子控制模块(或者更多个电子控制模块)来控制交通工具中一个或多个组件(或者组件的系统)的运行。第二电子控制模块可以包括构造和布置成执行与组件和/或系统相关联的各种运行过程的硬件和软件。

电子控制模块和第二电子控制模块可以各自从各种传感器接收过程输入和传送各种输出信号至各种致动器。可以想到的是，电子控制模块和第二电子控制模块可以彼此独立地运行，或者次级电子控制模块可以与电子控制模块在至少一些运行和过程控制情况下一起运行。可以想到的是，电子控制模块和第二电子控制模块可以各自包括至少一个电路、电路或控制处理芯片和/或计算机系统。在说明性的计算机变型中，电子控制模块和次级电子控制模块各自可以大体包括一个或多个处理器、存储设备或一个或多个可以将处理器联接到一个或多个其他设备的接口。可以想到的是，处理器和其他被供电的系统设备可以通过电源供应电力。电源可以是电池、燃料电池或本领域技术人员已知的其他电源中的一个或多个。处理器可以执行指令，该指令可以提供所公开的系统和方法的功能中的至少一些。

如本文所使用的，术语指令可以包括但不限于控制逻辑、计算机软件和/或固件、可编程指令或者其他合适的指令。处理器可以包括例如一个或多个微处理器、微控制器、专用集成电路、可编程逻辑器件、现场可编程门阵列，和/或任何其他合适类型的电子处理器件。存储器设备还可以配置成为由发动机系统接收的或加载到发动机系统的数据和/或为处理器可执行指令提供存储。数据和/或指令可以存储为例如查询表、公式、运算、映射图、模型和/或本领域普通技术人员所知的任何其他合适的格式。

存储器可以包括ram、rom、eprom和/或任何其他合适类型的存储产品和/或器件。另外，接口可以包括模拟、数字或数字模拟转化器、信号调节器、放大器、过滤器、其他电子器件或软件模块和/或任何其他合适的接口。接口可以制造和形成为例如rs-232、并行、小型计算机系统接口、通用串行总线、can、most、lin、flexray，和/或任何其他适合的协议。而且，接口可以包括电路、软件固件和/或任何其他器件，以便辅助或使得电子控制模块和/或第二电子控制模块与其他器件通信。

方法或其部分可以在计算机程序产品中实施，计算机程序产品包括在计算机可读介质上执行供一个或多个处理器使用以便实施一个或多个方法步骤的指令。计算机程序产品还可以包括由程序指令和源代码、目标代码、可执行代码或其他格式组成的一个或多个软件程序；一个或多个固件程序；或者硬件描述语言文件；以及任何程序相关数据。数据可以包括数据结构、查询表或者以任何其他合适格式的数据。程序指令可以包括程序模块、例程、程序、对象、组件等。计算机程序可以在处理器上或彼此通信的多个处理器中执行。

程序可以在计算机可读介质上实现，其可以包括一个或多个存储器件、厂商产品等。说明性的计算机可读介质包括计算机系统存储器、ram、rom、半导体存储器、电可擦除可编程只读存储器、闪速存储器、磁或光盘或磁带等。计算机可读介质还可以包括计算机到计算机的连接，例如，当数据通过网络或无论是有线的、无线的还是它们的组合的其他通信网络而传递或提供时。以上实例的任何组合也被包括在计算机可读介质的范围内。因此，应当理解的是，方法可以至少部分地通过能够执行与所公开方法的一个或多个步骤相对应的指令的任何电子产品和/或器件来进行。

可以根据控制一个或多个各种组件的运行来开发经验模块，组件包括但不限于废热回收系统、涡轮增压机、与排气再循环回路及其组件一起的膨胀机，发动机可以包括可以利用氧气浓度或其他燃烧控制方法交叉参考汽缸压力的查询表、映射图等等。如本文所使用的，术语模块可以包括任何用变量代表某事物的构造，例如查询表、映射图、公式、算法等，模块可以是特别针对任何给定的发动机系统的精确设计和性能规范的应用。在一个实例中，发动机系统可以相应地响应于发动机速度以及进气歧管压力和温度。

以下对变型例的描述仅仅是对视为在本发明范围内的组件、要素、动作、产品和方法的说明，无意于以任何方式通过明确披露或未明确阐述的内容来限制这种范围。本文所描述的组件、要素、动作、产品和方法可以不同于本文所明确描述而进行组合和重新布置，仍然视为在本发明的范围内。

变型例1可以包括一种可以包括废热回收系统的系统。该废热回收系统可以具有至少一个可操作地连接到交通工具发动机系统以从其回收废热的第一锅炉，且可以另外包括工作流体，其中该工作流体可以将能量直接提供给交通工具发动机系统的曲轴或者发电机，该发电机可以构造和布置成将来自工作流体的能量转换成电能。

变型例2可以包括变型例1中所述的系统，其中废热回收系统进一步包括废热回收膨胀机。

变型例3可以包括变型例2中所述的系统，其中废热回收系统还可以包括发电机。

变型例4可以包括变型例1至3中任一个所述的系统，其中废热回收系统进一步包括涡轮、活塞或涡旋机。

变型例5可以包括变型例1至4中任一个所述的系统，其中废热回收系统可以进一步包括摩擦离合器。

变型例6可以包括变型例1至5中任一个所述的系统，其中发电机可以实现发动机启动和关闭。

变型例7可以包括变型例1至6中任一个所述的系统，其中交通工具发动机系统可以不包括发动机起动电动机或交流发电机。

变型例8可以包括变型例1至7中任一个所述的系统，其中废热回收系统是有机朗肯循环。

变型例9可以包括一种方法，该方法可以包括提供可以具有工作流体和至少一个可操作地联接到交通工具发动机系统的锅炉的废热回收系统。接下来，可以从交通工具发动机系统回收废热。接下来，能量可以从工作流体直接传递到交通工具发动机系统的曲轴或者传递到发电机，该发电机构造和布置成将来自工作流体的废热能量转换成电能。

变型例10可以包括变型例9中所述的方法，其中废热回收系统还可以包括废热回收膨胀机。

变型例11可以包括变型例9至10中任一个所述的方法，其中废热回收系统可以包括发电机。

变型例12可以包括变型例9至11中任一个所述的方法，其中废热回收系统可以进一步包括涡轮、活塞或涡旋机。

变型例13可以包括变型例9至12中任一个所述的方法，其中进一步包含使所述交通工具发动机系统在没有发电机的情况下启动和关闭。

变型例14可以包括变型例9至13中任一个所述的方法，其中交通工具发动机系统不包括发动机起动电动机或交流发电机。

变型例15可以包括变型例9至14中任一个所述的方法，其中废热回收系统是有机朗肯循环。

以上对本发明范围内的选择变型的描述实际上仅仅是说明性的，因此，其变型或变型例不应被视为偏离本发明的精神和范围。