率并且控制废热热交换器装置12中的工作流体的压力水平。
[0035]正排量膨胀机装置12通过将蒸气填充到固定体积诸如活塞腔室而工作。如上文所描述的那样，由热交换器26供应蒸气。在闭合了活塞腔室体积之后，截留蒸气并且迫使活塞移位或膨胀。根据具体情况，一个或多个活塞递送功到膨胀机轴(膨胀机轴附连到活塞)，使得膨胀机轴旋转。
[0036]如上文所指示，正排量膨胀机装置12由皮带或齿轮箱18直接机械联接到ICE曲轴14。因此，可以认识到，由膨胀机装置12生成的扭矩添加到ICE曲轴14，因此增加了发动机的功率输出。
[0037]在图3中描绘了 WHR系统42的另一实施例。在图3中，在系统42中的正排量膨胀机装置44由皮带或齿轮箱50直接机械联接到ICE 48的曲轴46。通过这个连接，膨胀机装置44可以向曲轴46供应额外扭矩和功率。通过将膨胀机装置44连接到ICE 48，改进了ICE 48的总热效率，导致较低燃料消耗和较低的CO2排放。
[0038]虽然本说明书将使用膨胀机装置44的示例，可以认识到本文所讨论的构思也可以适用于压缩机。
[0039]WHR系统包括正排量膨胀机装置44、冷凝器52、进给栗54和工作流体。工作流体是适合ICE的废热流动或这种流体混合物的温度范围的二相流体。在大部分实施例中，流体的两相是液体和气体或蒸气。
[0040]栗54从一个装置向另一个装置移动流体，如图3所示。当流体在膨胀机装置22中做功之后冷凝器52使流体冷凝。
[0041]提供热交换器56并且热交换器56连接到栗54。第一管线60使热流体进入到热交换器56内。热流体可以来自ICE 48或另一机构，诸如来自涡轮增压器(未图示)，涡轮增压器可以连接到ICE 48。热交换器56可以连接到后处理装置(未图示)。后处理装置可以是诸如(但不限于)粒子过滤器、催化转换器和/或选择性催化还原装置。
[0042]第二管线62连接正排量膨胀机装置44、冷凝器52和栗54与热交换器56。虽然在上文中使用了“第二管线”和“第一管线”并且暗示每一个是单独管线，可以意识到多个管线可以包括“第一管线”或“第二管线”。
[0043]在诸如图3所描绘的一实施例中，在热交换器26中的第一管线60包含自ICE 48的废热流动。在热交换器56内，第一管线60能以任何方式延伸，可以包括曲线方式。第一管线60也可以分成热交换器56内的多个管线。
[0044]第二管线62也可以以任何方式在热交换器56内延伸，包括曲线方式。第二管线62也可以分成热交换器56内的多个管线。
[0045]无论在热交换器56内第一管线60或第二管线62的大小、形状或设计如何，优选地，第一管线60或第二管线62彼此相邻或接触，使得来自第一管线28的热通过对流、传导和/或辐射而与第二管线32进行交换。
[0046]来自第一管线60的热使第二管线62中的流体转换为气体或蒸气。蒸气行进通过第二管线62，在第二管线62中，其能进入蓄积器58。蓄积器58是压力储存器，其中，流体可以诸如由外部源而保持在压力下。
[0047]使用不太强大的栗和/或固定排量膨胀机，蓄积器58允许系统42应对系统42极端需求，以对于暂时需求做出更快响应并且消除脉动。
[0048]脉冲宽度调制阀64设置于第二流体管线62中。阀64被设计成打开和闭合持续调制的时段。阀64连接到发动机控制器66。
[0049]调制阀64是优选的，因为其完全打开或完全闭合地操作。调制阀64相对快速地在完全打开与完全闭合之间转变，使得通过阀64流动的流体并不由于转变而损失压力。另夕卜，调制阀64仅具有两个位置:打开和闭合。阀64并不具有导致不合需要的流体压降的中间位置，优选地，在打开与闭合之间的任何转变时间尽可能短。
[0050]使用阀64的调制方面使得在打开时间与闭合时间之间的比例给予系统10中所需要的流动控制。举例而言，关于如何来调制该阀64以给予所需流动控制，如果必须限制流动，可以延迟阀64的打开。替代地，如果需要额外流动，阀64可以保持打开持续较长时间，和/或其能在活塞腔室填充循环期间打开多次。
[0051]基于前文描述，可以认识到阀64保持打开(或闭合)的时间是膨胀机44速度的函数。例如，利用在本文中大体上描述的活塞型膨胀机，阀64可以打开或闭合的时间将通常与活塞腔室填充循环在相同量级。
[0052]在图3所描绘的实施例中，阀64被示出在蓄积器58下游。另外，所描绘的实施例仅示出了在第二管线62中的一个阀64。可以认识到阀64可以位于第二管线62的并非图示部分的其它部分中并且可以使用额外阀。优选地，阀64位于热交换器出口 68与膨胀机44的入口 70之间。
[0053]阀64、控制器66和蓄积器58 —起工作以控制热交换器56中的压力和直接机械连接到ICE 48的固定排量膨胀机44的质量流率。
[0054]阀64保持闭合，例如，在发动机48和膨胀机44通常以恒定工作条件操作时。然而，例如，当发动机负荷增加时，阀64可以打开。同时，控制器66减小了发动机扭矩和燃料消耗。自蓄积器58的蓄积压力通过阀64流到膨胀机44以增加膨胀机压力并且增加系统42的质量流率。因此，可以意识到通过根据需要打开阀64，可以独立于膨胀机44速度来控制膨胀机44的质量流率和/或热交换器56压力。
[0055]根据专利法规的条款，以被认为表示本发明优选实施例的方面描述了本发明。然而，应当指出的是在不偏离本发明的精神或范围的情况下能以不同于具体示出和描述的方式来实践本发明。
【主权项】
1.一种控制正排量膨胀机的质量流率的方法，包括: 将工作流体栗送到热交换器以将所述流体转换成工作蒸气； 将所述工作蒸气的至少一部分储存在蓄积器中，所述蓄积器连接到所述热交换器；以及 经由脉冲宽度调制阀将所述储存的工作蒸气的至少一部分选择性地释放到正排量膨胀机以提高所述膨胀机的效率。2.根据权利要求1所述的方法，其还包括:将所述阀连接到发动机控制器，所述发动机控制器连接到发动机，当所述储存的工作蒸气从所述蓄积器释放到所述膨胀机时所述控制器减小发动机扭矩和到所述发动机的燃料。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述工作蒸气在所述膨胀机中产生扭矩，所述扭矩递送到所述内燃机的曲轴。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，来自所述膨胀机的工作蒸气转移到冷凝器以将所述工作蒸气转换回液体。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，独立于所述发动机速度来控制所述工作蒸气的所述质量流率。6.一种废热回收系统，包括: 固定排量膨胀机，所述固定排量膨胀机直接连接到内燃机以经由所述膨胀机中的工作流体向所述发动机提供补充扭矩； 冷凝器，其连接到所述膨胀机以冷凝来自所述膨胀机的所述工作流体； 栗，其连接到所述冷凝器以用于从所述冷凝器移动所述工作流体； 热交换器，其连接到所述栗，所述热交换器使所述流体汽化； 蓄积器，其连接到所述热交换器以储存所述汽化流体的至少一部分； 脉冲宽度调制阀，其连接到所述蓄积器以将所述储存的汽化流体选择性地释放到所述固定排量膨胀机。7.根据权利要求6所述的废热回收系统，其特征在于，控制器连接所述阀与所述发动机。
【专利摘要】一种用于控制正排量膨胀机(44)质量流率的方法和设备包括：将工作流体泵送(54)到热交换器(56)以将流体转换为工作蒸气。将工作蒸气的至少一部分储存在蓄积器(58)中，蓄积器(58)连接到热交换器。储存在蓄积器中的工作蒸气的至少一部分经由脉冲宽度调制阀(64)选择性地释放到正排量膨胀机以提高膨胀机效率。
【IPC分类】F01K25/08, F01K3/10, F22B1/18, F01K23/06
【公开号】CN105102769
【申请号】CN201480017639
【发明人】D·J·雷波斯基, M·R·J·费斯特耶
【申请人】德纳有限公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2014年3月20日
【公告号】WO2014154568A1