CN106795833A - 内燃发动机热能回收系统 - Google Patents

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Abstract

内燃发动机热能回收系统(1)包括被布置成与内燃发动机(10)的至少一个热能源和系统(1)的工作流体热连通以将热能从热能源传递到系统(1)的工作流体的第一热交换器(20)。涡轮机(30)被布置成与在第一热交换器(20)中被加热的工作流体流体连通，用于使工作流体膨胀以产生轴功率。第二热交换器(40)被布置成与膨胀的工作流体热连通，以从该膨胀的工作流体中移除废热并将该废热传递到外部源，例如大气。第一压缩机(50)被布置成与离开热交换器的工作流体流体连通，用于在冷却的工作流体进入第一热交换器(20)之前增加冷却的工作流体的压力。系统的工作流体是基本上超临界的流体。

Description

内燃发动机热能回收系统
技术领域
本发明涉及一种内燃发动机热能回收系统，其回收通常由内燃发动机内的燃烧过程所浪费的热量，并且使用热机将其转换成诸如电的有用的能量形式。本发明主要研制成用于诸如在F1大奖赛(Formula 1)中使用的赛车发动机，并且将主要以这些术语进行描述。然而，可以想到本发明还具有其它应用，例如用在混合动力汽车、运输交通工具(例如卡车、公共汽车、火车、飞机)、发电机(柴油发电机组)和大多数内燃发动机中。
本临时专利申请涉及具有存储器的数控电机装置，其记载在2014年6月30日提交的名称为“Digitally Controlled Motor Device With Storage”的申请号为2014902495的申请人的对应的澳大利亚临时专利申请中，该申请对应于2015年6月29日提交的名称为“Digitally Controlled Motor Device With Storage”的相应的国际(PCT)专利申请，其全部内容通过引用的方式并入本文中。
背景技术
为道路、海洋或天空上的大多数交通工具提供动力的能源(特别是油基燃料，如石油和柴油)价格，正在稳步增长。大部分经济会受运输成本上涨的影响，政府针对发动机排放控制不断引入更严格的环境标准。
石油内燃发动机在将燃料能量转换成机械轴功方面的效率通常小于30％，而通过排气和散热器浪费的能量通常在60％以上。发动机中的大部分热能被浪费了，这提供了回收该热能并将其转换成有用的形式(例如电)以帮助推进交通工具并减少能量消耗和排放的机会。
现有技术主要聚焦于回收废气中的热量，其通常仅为浪费的总热量的65％。这些技术中的大多数使用蒸汽兰金循环形式的热机将该热量转换成电。这种形式的兰金循环能量转换的效率通常在5％至20％之间变化。虽然该方法已经显示出产生可用量的能量，但是与系统的能量收益相比，系统中所需的部件的尺寸、复杂性、特别是重量太高。汽车制造商已经尝试并测试了这种技术并取得了一些成功，然而，根据申请人的知识，没有一个已经被证明是商业上可行的并投入生产。
回收和利用浪费的热能的另一种形式是使用直接位于发动机下游并具有涡轮机的涡轮增压器，该涡轮机由热膨胀废气提供动力。涡轮机直接耦联到压缩机，压缩机被布置成向发动机进气道提供压缩空气以便将更多的空气引入到发动机中。
涡轮增压发动机传统上用在基于石油的跑车上，因为它们的可靠性是可疑的，并且它们通常增加燃料消耗。目前的趋势是制造发动机尺寸减小的交通工具并且利用涡轮增压器来弥补发动机扭矩和功率的不足。虽然这降低了燃料消耗和排放，但是涡轮增压器在将浪费的热能转换成可用能量方面不是非常有效的。
用于管理2014赛季的F1赛车的FIA规则允许使用电动发电机单元来回收制动中损失的动能(被称为MGU-K)和从发动机损失的热能(被称为MGU-H)。采用这些技术允许F1赛车系列“走向绿色”，并且汽车以小得多的混合动力发动机设置保持类似的快速单圈时间和速度，其节省了30％以上的燃料消耗。所述规则在MGU-H上是相当灵活的，这意味着不仅允许传统的涡轮增压，而且允许利用浪费的热能的其他形式。当前用于此目的的技术利用耦接到电动发电机的电子涡轮(充电器)，在低速下为其提供动力以减少涡轮迟滞并且当涡轮旋转速度高于最大允许速度时以高速发电。产生的任何额外功率可以被存储起来高达4MJ/圈，并用于为MGU-K提供动力以用更大的功率向前推进汽车。对于在MGU-H中产生的多余功率，在该规则中没有限制其是否可以被供应到MGU-K用于增加功率和速度。
使用已知技术利用浪费的热能对于降低燃料消耗和排放方面具有显著的性能优点。然而，转换的有用能量的量仍仅是被浪费的总能量的一小部分。此外，在2014年的F1赛季中使用的现有技术具有降低V6发动机噪声水平的不利后果，其已经降低了以前赛季中使用的V8发动机的独特噪声水平，在这项运动的观众享受上，这已被证明是有争议的因素。
发明目的
本发明的目的是改进现有技术或提供有用的替代它的方案。
发明内容
本文中披露了一种内燃发动机热能回收系统，包括：
第一热交换器，其被布置成与内燃发动机的至少一个热能源以及系统的工作流体热连通，更优选地流体连通，用于将热能从热能源传递到系统的工作流体；
涡轮机，其被布置成与在第一热交换器中被加热的工作流体流体连通，用于使工作流体膨胀以产生轴功率；
第二热交换器，其被布置成与膨胀的工作流体热连通，更优选地流体连通，以从该膨胀的工作流体中移除废热并将该废热传递到外部源，例如大气；和第一压缩机，被布置成与离开热交换器的工作流体流体连通，用于在冷却的工作流体进入第一热交换器之前增加冷却的工作流体的压力，其中系统的工作流体是超临界流体。
本文披露了一种内燃发动机热能回收系统，包括：
第一热交换器，其被布置成与内燃发动机的第一热能源和内燃发动机的第二热能源热连通，更优选地流体连通，用于将热能从第一热能源传递到第二热能源；
中间热交换器，其被布置成与在第一热交换器中被加热的第二热能源以及与系统的工作流体热连通，用于将热能从第二热能源传递到系统的工作流体；
涡轮机，其被布置成与在中间热交换器中被加热的工作流体流体连通，用于使工作流体膨胀以产生轴功率；
第二热交换器，其被布置成与膨胀的工作流体热连通，更优选地流体连通，以从该膨胀的工作流体中移除废热并将废热传递到外部源，例如大气；和第一压缩机，其被布置成与离开热交换器的工作流体流体连通，用于在冷却的工作流体进入中间热交换器之前增加冷却的工作流体的压力，其中系统的工作流体是基本上超临界的流体。
该系统具有的优点是，超临界工作流体具有高密度，与蒸汽兰金循环相比，其允许系统在高工作温度和高压力下操作，引起涡轮机叶片的高速旋转。对于其尺寸和重量，这增加了由涡轮机产生的轴功率的量。
优选地，工作流体是超临界二氧化碳。替代地，工作流体是超临界水或其它制冷剂。
优选地，该系统包括与涡轮机操作地关联的发电机，用于将涡轮机产生的轴功率转换成电力。由于涡轮机产生的轴功率增加，所以发电机可以实质上小于可能在基于兰金循环的能量回收系统中所需的发电机。
优选地，该系统包括适于存储由发电机产生的电力的电池。
优选地，内燃发动机的所述至少一个热能源或第一热能源是废气。
优选地，内燃发动机的所述至少一个热能源或第二热能源是发动机冷却剂。优选地，该系统包括冷却剂再循环管道，其被布置成使由第一热交换器冷却的发动机冷却剂再循环回到内燃发动机，最优选地在水回路中再循环回到发动机缸盖内。替代地，工作流体可以在水回路中在发动机内循环。
优选地，内燃发动机的所述至少一个废热能源或第一废热能源是机油。优选地，系统包括机油再循环管道，其被布置成使由第一热交换器冷却的机油再循环回到内燃发动机，更优选地在油回路中再循环回到发动机内。
优选地，所述至少一个废热能源是由交通工具的空调系统发出的冷凝器热量。
优选地，系统被布置成从内燃发动机的多个热能源回收热能。
在一实施方案中，第一热交换器被布置成与呈发动机废气形式的第一热能源和呈发动机冷却剂形式的第二废热能源中的每一个热连通，更优选地流体连通。优选地，第一热交换器包括用于将热能从废气传递到工作流体的废气接收热交换器，和用于将热能从发动机冷却剂传递到工作流体的冷却剂接收热交换器。
优选地，第一热交换器还包括油接收热交换器，其被布置成与机油形式的另一热能源热连通，更优选地流体连通，用于将热能从机油传递到工作流体。
优选地，第一压缩机与涡轮机的输出轴操作地关联，以便由涡轮机驱动。
替代地，该系统包括被布置成从电池提取电力的电机。优选地，第一压缩机与该电机操作地关联并由该电机驱动。
在另一个实施方案中，第一压缩机由内燃发动机产生的轴功率驱动。
在替代的实施方案中，第一压缩机由发电机产生的电力直接驱动。
优选地，该系统还包括被布置成从发电机提取电力的具有存储器的数控电机装置。优选地，数控电机装置包括用于存储机械功率的飞轮。优选地，数控电机装置还包括被布置成与飞轮磁连通的转子。优选地，飞轮和转子适于以不同的旋转速度运行。在一实施方案中，数控电机装置产生的电力的至少一部分用于驱动第一压缩机。优选地，数控电机装置被布置成将其中产生的电力的至少一部分转移到电池用于存储。
优选地，该系统还包括与空气源流体连通的第二压缩机和被布置成用于冷却离开第二压缩机的压缩空气的第一中间冷却器，其中冷却的压缩空气被布置成与内燃发动机的进气口流体连通。
优选地，由第二热交换器冷却的工作流体的一部分在其进入第一压缩机之前通过中间冷却器转移以冷却压缩空气。优选地，该系统包括第二中间冷却器，该第二中间冷却器与第一中间冷却器热连通，更优选地流体连通，第一中间冷却器和第二中间冷却器被布置在闭合回路中，中间冷却器流体流过该闭合回路，其中由第二热交换器冷却的工作流体的一部分通过第二中间冷却器转移，以在其进入第一压缩机之前与中间冷却器流体进行热交换。优选地，中间冷却器流体是水。
在一实施方案中，第二压缩机由发电机产生的电力直接驱动。在另一个实施方案中，第二压缩机由通过存储在电池中的电力供电的电机驱动。
优选地，该系统还包括由存储在电池中的电力的一部分供电的电动发电机。优选地，该电动发电机与由内燃发动机提供动力的交通工具的传动轴操作地关联。优选地，电动发电机适于从电池提取电力以使交通工具的传动轴旋转。
优选地，由数字齿轮箱电机产生的电力的一部分用于驱动第一压缩机，而电力的另一部分用于驱动第二压缩机。
优选地，该系统包括具有存储器的第一数控电机装置，其布置成与涡轮机和第一压缩机两者可操作地连通以驱动第一压缩机，并且还包括具有存储器的第二数控电机装置，其与交通工具的传动轴操作地关联并且适于从电池提取电力以使交通工具的传动轴旋转。
该实施方案在用于F1赛车中时的优点是，可以从发动机回收废热能，而不需要直接在发动机排气中使用涡轮增压器。这维持了发动机的声音水平，同时使能量回收最大化并减少了燃料排放。
在一实施方案中，工作流体通过内燃发动机循环，与至少一个发动机部件热连通，用于在工作流体进入第一热交换器之前将热能从所述至少一个发动机部件传递到工作流体。优选地，所述至少一个发动机部件是燃烧气缸。替代地，它可以是机油。
优选地，该系统还包括同流换热器，其被布置成在工作流体从内燃发动机离开时与工作流体热连通，优选地流体连通，用于在工作流体进入第一热交换器之前将热能传递到工作流体。更优选地，同流换热器还被布置成与膨胀的工作流体热连通，优选地流体连通，用于在工作流体进入第二热交换器之前将热能从工作流体传递出来。
在替代的实施方案中，同流换热器被布置成在工作流体从第一压缩机离开时与工作流体热连通，优选地流体连通，用于在工作流体进入中间热交换器之前将热能传递到工作流体。更优选地，同流换热器还被布置成与膨胀的工作流体热连通，优选地流体连通，用于在工作流体进入第二热交换器之前将热能从工作流体传递出来。
本文进一步披露了一种内燃发动机热能回收系统，包括：
内燃发动机热交换器，其被布置成与内燃发动机的至少一个部件热连通，用于将热能从内燃发动机的所述至少一个部件传递到系统的工作流体，第一热交换器，该第一热交换器被布置成与由内燃发动机热交换器加热的工作流体热连通，更优选地流体连通，和与内燃发动机的至少一个另外的热能源热连通，优选地流体连通，用于将热能从所述热能源传递到系统的工作流体；
涡轮机，其被布置成与在第一热交换器中加热的工作流体流体连通，用于使工作流体膨胀以产生轴功率；
同流换热器，其被布置成与来自涡轮机的膨胀的工作流体流体连通以恢复其中的热量，并且进一步被布置成与由内燃发动机热交换器加热的工作流体流体连通以在工作流体进入第一热交换器之前冷却工作流体；
第二热交换器，其被布置成与在同流换热器中加热的工作流体流体连通，用于从该加热的工作流体中移除废热并将该废热传送到外部源，例如大气；和
第一压缩机，其被布置成与离开第二热交换器的工作流体流体连通，用于在冷却的工作流体进入内燃发动机热交换器之前增加该冷却的工作流体的压力，其中系统的工作流体是超临界流体。
优选地，内燃发动机热交换器是被布置成与内燃发动机的所述至少一个部件热连通的管道或包括该管道。优选地，管道被布置成输送工作流体通过内燃发动机。
优选地，系统还包括与离开第一压缩机的工作流体流体连通的第三热交换器，其中通过第三热交换器的工作流体与环境空气热连通以冷却工作流体。优选地，系统还包括与空气源流体连通的第二压缩机，和被布置成用于冷却离开第二压缩机的压缩空气的第一中间冷却器，其中冷却的压缩空气与离开第三热交换器的工作流体热连通，用于在压缩空气进入内燃发动机之前冷却该压缩空气。
优选地，内燃发动机热交换器位于内燃发动机内部。优选地，所述至少一个发动机部件是燃烧气缸或机油。
优选地，第二热交换器将废热从工作流体传递到大气。
本文还披露了一种内燃发动机热能回收系统，包括：
第一热交换器，其被布置成与内燃发动机的至少一个热能源以及与系统的工作流体热连通，更优选地流体连通，用于将热能从热能源传递到系统的工作流体；
涡轮机，其被布置成与在第一热交换器中加热的工作流体流体连通，用于使工作流体膨胀以产生轴功率；
第二热交换器，其被布置成与膨胀的工作流体热连通，更优选地流体连通，以从该膨胀的工作流体中移除废热并将该废热传递到大气；和第一压缩机，其被布置成与离开热交换器的工作流体流体连通，用于在冷却的工作流体进入第一热交换器之前增加该冷却的工作流体的压力，其中系统的工作流体是基本上超临界的流体。
本文披露了一种内燃发动机热能回收系统，包括：
第一热交换器，其被布置成与内燃发动机的至少一个热能源以及与系统的工作流体热连通，更优选地流体连通，用于将热能从热能源传递到系统的工作流体；
涡轮机，其被布置成与在第一热交换器中加热的工作流体流体连通，用于使工作流体膨胀以产生轴功率；
第二热交换器，其被布置成与膨胀的工作流体热连通，更优选地流体连通，以从该膨胀的工作流体中移除废热并将该废热传递到大气；和第一加压装置，其被布置成与离开热交换器的工作流体流体连通，用于在冷却的工作流体进入第一热交换器之前增加该冷却的工作流体的压力，其中系统的工作流体是基本上超临界的流体。
在一实施方案中，加压装置是热泵。
优选地，工作流体至少在其进入涡轮机之前是超临界的。
附图说明
现在将仅以示例的方式参照附图描述本发明的优选形式，其中：
图1是内燃发动机热能回收系统的第一实施方案的示意图，其中热量从发动机排气中被回收并被转换以执行有用功；
图2是内燃发动机热能回收系统的第二实施方案的示意图，其中热量从发动机冷却剂中被回收并被转换以执行有用功；
图3是内燃发动机热能回收系统的第三实施方案的示意图，其中热量从机油中被回收并被转换以执行有用功；
图4是另一个实施方案的示意图，其中从发动机冷却剂和废气中回收热量；
图5是另一个实施方案的示意图，其中从发动机冷却剂、机油和废气回收热量；
图6是另一个实施方案的示意图，其中从发动机冷却剂和废气中回收热量，其中压缩机由发动机驱动；
图7是另一个实施方案的示意图，其中从发动机冷却剂和废气中回收热量，其中压缩机由涡轮机直接驱动；
图8是另一个实施方案的示意图，其中热量从发动机冷却剂和废气中被回收并且被转换以在具有存储器的数控电机装置中执行有用功，其中压缩机由数控电机装置驱动；
图9是图8的具有存储器的数控电机装置的示意图；
图10是另一个实施方案的示意图，其中热量从发动机冷却剂和废气中被回收并被转换以执行有用功，其中压缩机由涡轮机直接驱动，涡轮机还驱动第二压缩机以将更多的空气引入发动机；
图11是图10的系统的变型的示意图，其还包括涡轮中间冷却器和中间热交换器；
图12是图10的系统的示意图的变型，其中第二压缩机由电动机提供动力；
图13是图10的系统的变型的示意图，其中第一压缩机由具有存储器的数控电机装置直接驱动，第二压缩机由具有存储器的数控电机装置间接驱动；
图14是图13的实施方案的变型的示意图，其中用具有存储器的第二数控电机装置驱动由内燃发动机直接提供动力的交通工具；
图15是图14的实施方案的变型的示意图，其还包括用于向交通工具驾驶员提供凉爽的热交换器；和
图16是图1的实施方案的变型的示意图，其中压缩机被热泵替代。
图17是图10的实施方案的变型的示意图，其中系统包括用于冷却离开第二压缩机的压缩空气的中间冷却器，第一数控电机装置连接到涡轮机轴，另一个数控电机装置连接到交通工具传动轴。
图18是图17的实施方案的变型的示意图，其中工作流体循环通过内燃发动机以用于在其中进行热交换，并且同流换热器热交换器安装在涡轮机之后以在工作流体进入第一热交换器之前预热工作流体。
图19是图18的实施方案的变型的示意图，其中工作流体在其进入内燃发动机之前通过后冷却器循环。
图20是允许改装到当前发动机的图18的实施方案的变型的示意图，其中内燃发动机是自然吸气式的并且发动机冷却剂通过内燃发动机热交换器和通过散热器循环。
图21是允许改装到当前发动机的图20的实施方案的变型的示意图，其中散热器已经被从冷却剂回路移除并且由第二热交换器间接替换。
图22是允许改装到当前发动机的图18的实施方案的变型的示意图，其中工作流体与内燃发动机热交换器内的发动机冷却剂交换热量，而不是通过内燃发动机循环。
图23是图22的实施方案的变型的示意图，其中工作流体在布置于涡轮机和第二热交换器之间的同流换热热交换器中吸收热量，并且经由冷却剂回路将热量排放到大气中。这允许改装到当前发动机中。
图24是允许改装到当前发动机的图23的实施方案的变型的示意图。
图25是图23的实施方案的变型的示意图，其中内燃发动机是通过具有存储器的数控电机装置连接到系统的自然吸气式发动机。这允许改装到当前的发动机。
图26是图17的实施方案的变型的示意图，其中增压进气的空气被冷却至环境温度以下以排出从第一压缩机获得的热量，并且系统包括用于控制中间冷却器内的气体蒸发并利用工作流体的蒸发潜热使其快速冷却下来的电子膨胀阀。
具体实施方式
图1表示内燃发动机热能回收系统1的第一实施方案的示意图，其内燃发动机热能回收系统1用于从产生于内燃发动机10的排气发出的废气中的废热产生有用功和电力。系统1包括第一“热的”热交换器20，废气在该第一“热的”热交换器20处进入系统1。内燃发动机10具有从发动机排气延伸到热的热交换器20的入口16的排气管道15。热交换器20是管中管式热交换器，其中外管在内管周围围绕成螺旋路径，内管与排气管道15热连通和流体连通并且其运送废气。外管运送系统1的工作流体使其通过热交换器20。工作流体是存在于高温和高压(通常高于20巴)下的超临界二氧化碳。内管中的废气中的废热将热量传递到热的热交换器20的外管中的超临界流体。然后，内管中被冷却的废气通过热交换器排气管道13排放到大气中。
如图1中所示，系统1还包括涡轮机30，第二“冷的”热交换器40，压缩机50，发电机60，电池65和电机70。工作流体输送管道25在热的热交换器20和涡轮机30的入口31之间延伸，用于在高温和高压下将离开热交换器20的被加热的超临界工作流体输送到涡轮机入口31。超临界工作流体冲击涡轮机叶片(未示出)，使它们高速旋转，超临界工作流体在涡轮机中膨胀并且离开涡轮机进入在涡轮机的出口33和冷的热交换器40的入口41之间延伸的输送管道32中。膨胀的超临界工作流体在较低的压力和温度下，通常为7MPa和400摄氏度，离开涡轮机。冷空气源39布置成与冷的热交换器40的入口38热连通和流体连通。仅在图中示意性地示出的热交换器40是管中管式热交换器，其中外管在内管周围围绕成螺旋路径，内管适于与入口38热连通和流体连通并且运送冷空气使其通过热交换器40。外管运送系统1的超临界工作流体使其通过热交换器40，当超临界工作流体流过热交换器40时，其将热能传递给内管中的冷空气。另一个输送管道45在冷的热交换器40的出口42和压缩机50的入口52之间延伸。低温、低压的超临界工作流体穿过输送管道45进入压缩机入口52，在那里它被压缩成诸如20MPa的高压和诸如250摄氏度的中等温度。然后，超临界工作流体离开压缩机50进入在压缩机54的出口和“热的”热交换器20的外管入口22之间延伸的输送管道55，由此完成超临界工作流体回路。
涡轮机30具有输出轴35，发电机60安装在输出轴35上用于将轴的旋转转换为电力。发电机60与电池65电连通，以使得发电机60产生的电存储在电池65中。电池65通常能够存储高达4MJ的电力。
在图1的实施方案中，电池65与电机70电连通。电机70布置成与压缩机50的输入轴51可操作地关联。使用存储在电池65中的电力向电机70供电，以驱动压缩机50的输入轴51，在超临界工作流体进入输送管道55和热的热交换器20之前将超临界工作流体压缩至诸如20MPa的高压和诸如250摄氏度的中等温度。
上述系统是本发明的最简单的实施方案，并且可操作以回收在发动机排气中浪费的热能，以在超临界工作流体进入涡轮机之前进一步将超临界工作流体加热到高温和高压。因此，针对其尺寸和重量，涡轮机可以产生的轴功率量增加。替代地，涡轮机不需要与让工作流体在较低温度和压力下操作以产生所需量的轴功率的循环的情况一样大。
图2表示图1的系统1的变型，其中，来自内燃发动机10的热能源是发动机冷却剂，而不是发动机废气。发动机冷却剂在发动机中被加热并且从那里被转移到冷却剂管道18中。冷却剂管道18与热的热交换器20的入口116热连通和流体连通，热的热交换器20的入口又与热交换器20的内管热连通和流体连通。一旦发动机冷却剂通过热交换器20的内管并将热量传递给外管中的超临界工作流体，其就通过发动机冷却剂再循环管道24再循环回到内燃发动机10的水冷却剂入口。
图3表示图1的系统1的另一个变型，其中来自内燃发动机10的热能源是热的机油。热的机油从内燃发动机10的油槽(未示出)转移到油管道19中，油管道19与热交换器20的入口216热连通和流体连通。一旦机油通过热交换器20的内管并将热量传递给外管中的超临界工作流体，冷却的机油就经由机油再循环管道23供给回内燃发动机10的油冷却剂入口。
在图4的实施方案中，从内燃发动机10的废气和热的发动机冷却剂两者回收热能。热的热交换器现在包括串联布置的第一废气热交换器20A和发动机冷却剂热交换器20B。废气经由废气管道15供给到废气热交换器20A的入口16A，废气从那里通过热交换器20A的内管和排气管道13通向大气。发动机冷却剂经由发动机冷却剂管道18供给到发动机冷却剂热交换器20B的入口16B，发动机冷却剂从那里通过热交换器20B的内管并通过发动机冷却剂再循环管道24回到发动机10。超临界工作流体流过热交换器20B，然后流过热交换器20A，在那里它被从两个热源中的每一个传递来的热量加热。
在图5中，从内燃发动机10的废气、发动机冷却剂和机油中回收热能。热的热交换器包括与废气热交换器20A和发动机冷却剂热交换器20B串联布置的另一个机油热交换器20C，机油从机油槽(未示出)供给到机油管道19中和机油热交换器20C的入口16C中。一旦机油通过热交换器的内管，机油就通过机油再循环管道23再循环回到发动机10中。超临界流体流过串联的热交换器20B、20C和20A，在那里它通过依次来自每个热源的热传递而被加热。图6中所示的系统是图4中所示的系统1的变型，不同之处在于压缩机50由内燃发动机10的输出轴56经由诸如皮带传动的传动机构被驱动。从多个源回收热能增加了工作流体的温度和压力，甚至进一步提高了涡轮机在产生轴功率时的效率。
图7表示图4的系统的另一个变型，其中压缩机50通过涡轮机30的输出轴35的旋转被直接驱动。这通过消除对驱动压缩机50的额外电机的需求而降低了系统的复杂性。
图8表示图4的系统1的另一个变型，其包括具有存储器的数控电机装置80，其布置在涡轮机30的输出轴35上。具有存储器的数控电机装置80(以下称为数控电机装置)适于根据系统的要求将电力转换为机械轴功率和/或将轴功率转换为电力。在图8的实施方案中，数控电机装置80布置成从涡轮机输出轴35接收轴功率并且产生将要存储在电池65中的电力以在回收系统1中的其他地方使用的电力和/或给另一个传动轴，例如压缩机50的传动轴89，提供动力。图9中示出了数控电机装置80的示例。数控电机装置80包括飞轮85和感应转子88，感应转子88布置成与飞轮85磁连通。飞轮85和感应转子88安装在涡轮机输出轴35上，以围绕由输出轴35限定的轴线旋转。飞轮85和感应转子88容纳在静态外壳110中，静态外壳110可以用来将数字齿轮箱电机80固定到稳定的底架上。感应转子88连接到涡轮机输出轴35以与其一起旋转，感应转子88经由连接到飞轮85的一组永磁体115与飞轮85磁连通。感应转子88的旋转在永磁体115中产生导致飞轮85旋转的磁通量。飞轮85的加速对飞轮充电以使得其在其中存储动能，提供数控电机装置80的存储方面。数控电机装置80由数字功率控制器87控制，数字功率控制器87可以是可编程逻辑控制器。动能可以作为电力被放电到电池65。替代地，它可以被供给到数字功率控制器87以在系统中的其他地方使用。飞轮85和感应转子88的旋转速度可以由数字功率控制器87控制，并且可以适于以不同的速度旋转。感应转子88配置为经由至少一个数字功率控制器87将电力传递到压缩机50的输出轴89。因此，在该实施方案中，涡轮机30和压缩机50可以在不同的轴速度下操作，以优化每一个的操作。由于数控电机装置80可以机械地或电子地连接到热能回收系统1，因此其可以位于系统1的不同位置，从而允许使用的灵活性。
系统1的另一个变型在图10中示出。系统1包括具有入口92的第二压缩机90，入口92布置成与冷空气源91流体连通。冷空气在压缩机90中被压缩到高压和高温，并从其离开进入到输送管道93中，输送管道93延伸到内燃发动机10的进气口11。系统1包括中间冷却器95，其在输送管道93中布置在空气压缩机90的下游，并且与离开压缩机90的变热的压缩空气热连通和流体连通，以使得变热的压缩空气在其进入进气口11之前通过中间冷却器95，以向进气口提供冷却的压缩空气，提高内燃发动机10的效率。
在图10中，从冷的热交换器40的出口42伸出的工作流体输送管道45被分成第一管道部分45A和第二管道部分45B。第一管道部分45A如图4的实施方案中那样延伸到压缩机50的入口52，第二管道部分45B从冷的热交换器40的出口42经由中间冷却器95延伸，以使得离开冷的热交换器40的低温超临界流体在压缩机入口52的上游重新加入管道45的第一部分45A之前通过中间冷却器95。因此，管道部分45B中的超临界流体在压缩机入口52的上游重新加入管道部分45A中的剩余部分的超临界流体之前从中间冷却器95中的热压缩空气接收热量。
在图11所示的替代实施方案中，第二中间冷却器100与闭合回路水管道102中的中间冷却器95串联布置。第二中间冷却器100在管道部分45B中布置在第一中间冷却器95的上游。因此，在该实施方案中，超临界工作流体不通过中间冷却器95，并且离开空气压缩机90的变热的压缩空气的冷却由水回路管道102内的水提供。该实施方案允许将系统1改装到现有交通工具而不替换涡轮中间冷却器。
在图10和11的每个系统中，空气压缩机90布置在与压缩机50相同的传动轴上，以与其共同旋转。因此，超临界流体压缩机50和空气压缩机90均由涡轮机30直接提供动力。在与涡轮机相同的轴上驱动两个压缩机消除了用单独的电动机驱动一个或两个压缩机50,90的需求。
图12的系统1包括布置成与电池65电连通的电机96。电机96从电池65提取电力并将其转换成轴功率用于驱动空气压缩机90的输入轴89。因此，空气压缩机90和超临界流体压缩机50可以以彼此不同的转速被驱动。在该实施方案中，中间冷却器95的工作流体是如图10所示的系统中的超临界流体。存储在电池65中的电力的一部分还用于为电动发电机110提供动力，用于直接驱动内燃发动机10位于其中的交通工具的传动轴。以这种方式，系统可以用于辅助给诸如轿车的混合动力交通工具提供动力。
图13中所示的系统1与图12中所示的系统相同，不同之处在于，该系统包括如图8的系统中所示的第一数控电机装置80。数控电机装置80产生的电力可以存储在电池65中以为空气压缩机90提供动力。替代地或另外，数控电机装置80布置成与电动发电机110电连通，以直接为电动发电机110提供动力以便驱动交通工具传动轴115。
系统1的优选实施方案在图14中示出。系统1与图13的系统相同，但添加了具有存储器的第二数控电机装置120以代替用于驱动交通工具传动轴115的电动发电机110。在这种情况下，第二数控电机装置120配置为利用存储在电池65中和/或第一数控电机装置80中的电力并将其转换为轴功率以驱动交通工具传动轴115。数控电机装置120的使用允许更精确地控制传动轴115的旋转速度。该实施方案的优点在于，在压缩机50以不同的速度且以其最佳速度运行以获得最大效率的情况下，允许涡轮机30以其最佳速度运行以获得最大效率。
输送管道45中的冷却的超临界流体的一部分可以经由具有水作为工作流体的另一个热交换器140转向，在热交换器140中被超临界流体冷却的水被供给到驾驶员冷却装置(未示出)。这种装置可以包括安装在驾驶员的赛车服中的水循环管或将冷却水供应给驾驶员的其他合适装置。该实施方案特别适合于用在诸如F1赛车的赛车车辆中，其中驾驶员在热的环境中操作。存储在电池65中的电力或机械功率可以用于操作汽车的空调系统的压缩机。在一实施方案中，超临界工作流体可以是水。超临界流体可以在工作流体回路的一段或多段处变成亚临界的，例如在涡轮机30中或在冷的热交换器40处。因此，在图16所示的实施方案中，第一压缩机50由热泵50a替代以增加冷的热交换器40下游的工作流体的压力。
图17中所示的系统是图10的系统的变型。在冷却剂管道18中的离开内燃发动机10的发动机冷却剂不再通过用于加热工作流体的热交换器20A。发动机冷却剂改为通过中间冷却器，例如散热器22，然后通过泵22a泵回到内燃发动机10的冷却剂入口23中。位于涡轮机30的输出轴上的电动发电机60被数控电机装置80替代以驱动第一压缩机50和空气压缩机90或将其电力存储在电池65中。第二数控电机装置120布置成与第一数控电机装置80和电池65电连通，数控电机装置120配置为利用存储在电池65中和/或第一数控电机装置80中的电力并将其转换为轴功率以驱动交通工具传动轴115。该系统优于图10所示的系统的优点在于，该系统需要较少的部件，并且具有使去向或来自第一数控电机装置80的功率传递最大化以提升驱动功率(在第二数控电机装置120处)的潜力或者经由第二压缩机90迫使感应功率到达内燃发动机10的潜力，或者如果还从电池65的存储器提取功率，则以上两种潜力是两者皆有的。
图18的系统是图17的系统的变型，其中内燃发动机10用于工作流体回路中。在离开第一压缩机50时，工作流体处于相对冷的温度(大约60摄氏度)和高压(大约200巴)。然后，其经由发动机管道10a通过内燃发动机10，发动机管道10a布置在发动机内部与发动机的至少一个燃烧气缸(未示出)或与一些热机油(未示出)热连通，以便在工作流体通过发动机管道10a时加热工作流体。发动机管道10a的出口处的工作流体温度为约110摄氏度。图18的系统还包括同流换热器26和在发动机管道10a和同流换热器26之间延伸的工作流体输送管道24，。同流换热器26是管式热交换器中的液体-液体的管。离开发动机管道10a的变热的工作流体通过输送管道24到达同流换热器26的外管的入口27，在那里其被加热到大约260摄氏度。然后工作流体通过第一热交换器20，在那里其接收来自热的发动机排气传递的热能，所述热的发动机排气来自排气管道15。当工作流体离开第一热交换器20时，其处于大约450摄氏度的温度。工作流体通过输送管道25到达涡轮机30，在那里它膨胀到较低的压力和温度，然而，与图17的在大约330摄氏度的实施方案相比，温度仍然是高的。高温工作流体通过输送管道32循环回来并通过同流换热器26的内管33，在同流换热器26的内管33处其将热量传递给离开发动机管道10a的工作流体。工作流体从同流换热器26流过输送管道32到达第二冷的热交换器40，并且从那里通过输送管道45到达第一压缩机50，如图10和17的实施方案中那样。
系统1的该实施方案的优点在于，与图17的实施方案相比，其重量更轻且复杂性更低。此外，当发动机热时，工作流体直接吸收额外的热量，并且同流换热器进行了大量类似于热交换器20的工作。因此，工作流体在进入涡轮机30时处于高得多的温度，并且系统的功率输出增加。
图19表示图18的系统的变型，其中工作流体在其离开第一压缩机50时通过第三热交换器或后冷却器55，将工作流体的温度降低到约30摄氏度。系统1包括代替中间冷却器95的空气中间冷却器95a。工作流体通过中间冷却器95a，在那里工作流体它吸收来自热压缩空气热量，该热压缩空气在工作流体进入内燃发动机10的发动机管道10a之前通过中间冷却器95a量。与图18的实施方案的常规中间冷却器95中发现的相比，空气中间冷却器95a采用工作流体作为更有效的热交换流体，并且降低了系统的总重量和复杂性。它还导致由工作流体进行更恒定的热回收，其在较低的发动机RPM下产生更多的功率并且允许使用系统1的交通工具更快的加速。
系统1适于安装在新交通工具中，或者替代地，其可以被改装到现有交通工具上。
图20至图26示出了允许将系统改装到现有交通工具的系统的各种实施方案。
图20表示用于自然吸气式发动机的热能回收系统的改装配置。空气压缩机90已经从系统中移除，并且内燃发动机10没有涡轮增压。因此，该系统类似于图8的实施方案的系统，附加的数控电机装置120布置成从第一数控电机装置80或从电池65提取电力，以直接驱动交通工具曲轴115。图20的系统包括闭合回路的发动机冷却剂回路73。回路73利用内燃发动机10的散热器17提供系统1中的工作流体的一些冷却负载。系统1还包括附加的热交换器75，其具有热侧75a和冷侧75b。热侧75a布置成在发动机冷却剂回路73的起始处与发动机冷却剂管道18流体连通。通过发动机冷却剂管道18离开发动机10的发动机冷却剂通过热交换器75的热侧75a，然后被泵77泵送通过散热器17，在那里它被流过散热器17的冷空气流17a冷却。然后，冷却的发动机冷却剂通过第二热交换器40的冷侧40b，在那里它从通过其热侧40a的工作流体吸收热量。因此，发动机冷却剂用于在工作流体通过第二热交换器40时冷却工作流体。然后，变热的冷却剂返回到发动机10的水冷却剂入口73以完成回路。该配置的优点在于，与一些其它实施方案相比，其利用现有的交通工具部件并因此使成本最小化。
图21的系统是与图20的系统类似的配置。然而，在该实施方案中，在发动机冷却剂回路73中不使用散热器17。工作流体的冷却完全由使用冷空气源40c的第二热交换器40承担，发动机冷却剂在其离开附加的热交换器75之后被泵77直接泵送回内燃发动机10。可以想到，与安装了系统1的交通工具的散热器17相比，在该实施方案中使用的第二热交换器40可能更有效、更轻、尺寸更小并且更强大，导致在系统重量较小的情况下获得了性能的提高。
图22中所示的系统类似于图18中所示的系统。然而，在内燃发动机10中没有工作流体可以通过的发动机管道10a。而是，系统1包括附加的热交换器75和图20和21的系统的泵77。工作流体通过附加的热交换器75的冷侧75b，并绕过发动机10直接流过同流换热器26，然后流过第一热交换器20。热的发动机冷却剂通过附加的热交换器75的热侧75a循环，在那里它在被泵77泵送回发动机10中之前将热量传递给工作流体。该实施方案具有的优点是，内燃发动机10不需要被重新设计以容纳发动机管道10a中的工作流体并且可以利用发动机冷却剂照常运行。附加的热交换器75从发动机冷却剂回收废热并将废热传递到工作流体。因此，与一些其它实施方案相比，系统1简单并且成本降低。
在图23和24所示的系统中，热能回收系统1的主要部件包含在单个单元130中，并且由第一热交换器20、涡轮机30、同流换热器25、第二热交换器40和第一压缩机50构成。在优选实施方案中，单元130由单个金属坯料加工而成，旨在更好地承受系统内可以达到高达200巴的高压。
在系统单元130外部，第一冷却剂回路135a和第二冷却剂回路135b在第一热交换器20和第二热交换器40的每一个中提供传热介质。第一冷却剂回路135a包括中间排气热交换器140(与第一热交换器20分开)，“热的”散热器145和泵77。在第一冷却剂回路135a中，发动机冷却剂在发动机10中变热并且从那里转移到冷却剂管道18中。冷却剂管道18与排气热交换器140的入口141热连通和流体连通，该排气热交换器140的入口141又与热交换器140的内管热连通和流体连通。内燃发动机10的排气管道15从发动机排气延伸到排气热交换器140的入口142，该排气热交换器140的入口142又与热交换器140的外管热连通和流体连通。热交换器140的外管从发动机排气管道15接收热的排气流，然后其离开排气热交换器140到达大气。发动机冷却剂通过热交换器140的内管，并从外管中的高温排气流吸收热量。然后在高达460摄氏度的温度下，冷却剂通过第一热交换器20的热侧，以向通过热交换器20的冷侧的工作流体提供热能。然后，冷却的冷却剂通过散热器145，在那里该冷却的冷却剂在被泵77泵送回内燃发动机10的冷却剂入口23之前进一步冷却。
第二冷却剂回路135b由“冷”散热器155和“冷”泵177构成。合适的冷却剂，例如水，由泵177泵送通过散热器155，在那里它被冷空气流155a冷却。冷却的冷却剂通过第二热交换器40的冷侧，以在被再次泵送通过散热器155以完成回路之前为通过热侧的工作流体提供冷却。已经从散热器155中的冷却剂吸收热能的空气流155a被排放到大气中。
单元130通过提供热的冷却剂穿过第一热交换器20的热侧来加热超临界工作流体和通过在第二热交换器40的冷侧提供冷的冷却剂来为涡轮机30提供动力而被设置开始生效。系统还包括用于将压缩空气供应到内燃发动机10的空气压缩机90和空气-空气中间冷却器95a，以及第一和第二数控电机装置80,120，如图18,20,21和22的实施方案中那样。该实施方案的优点在于，单元130可以位于使用它的交通工具内的任何适当位置，因为第一数控电机装置80可以与其分开定位。单元130可以批量生产，因此如果以足够的规模制造该单元，则可以降低成本。
热能回收系统单元130的效率可以通过控制第一热的热交换器20中的工作流体的最热温度和第二冷的热交换器40中的工作流体的最冷温度来控制。这又可以由通过第一热的热交换器20的热侧和通过第二热的热交换器40的冷侧并将向工作流体提供热能的冷却剂的温度来控制。这种布置具有的优点是，对于诸如柴油发电机的热能回收系统1的固定速度应用，速度控制简单，并且当与F1赛车中的MGU-H系统一起使用时还用作附加的功率控制功能。
图24的实施方案是图23的实施方案的变型，其中空气-空气中间冷却器95由比中间冷却器95更小和更轻的液体-空气中间冷却器195代替。第二冷却剂回路135b现在包括在冷的散热器155和第二热交换器40之间的冷却剂流动路径中的旁通阀160。冷却剂回路135b在散热器155的下游分裂成分支管道156，分支管道156朝向并通过中间冷却器195运送冷却剂回路135b中的一部分冷却剂，用于在压缩空气进入内燃发动机10的进气口之前冷却离开压缩机90的该压缩空气。中间冷却器195中使用冷却剂或水在冷却压缩空气方面比在中间冷却器95中使用空气更有效。冷泵177具有速度控制器177a，冷泵177的速度控制器177a和旁通阀160的打开和关闭可以在控制器180处被电子地或无线地控制，如图24中示意性地示出的，以控制提供给中间冷却器195和第二热交换器40的冷却剂的量，并且其可以用于迫使更多的冷却剂提供给其中之一。该实施方案的优点是，由于使用较小的中间冷却器195而具有比图23的系统更轻的重量，并且提供了比图23的系统更大的性能和控制。在该实施方案中，热泵177由内燃发动机10驱动。这两者以及中间冷却器195的使用允许更容易地将该实施方案改装到现有的内燃发动机中。
图25表示图23的系统的另一个变型。在该实施方案中，空气压缩机90和中间冷却器95不再存在，并且内燃发动机10是自然吸气式的。内燃发动机10通过第一数控电机装置80连接到热能回收系统1，以使得系统1可以直接向内燃发动机10提供功率。如果需要降低速度，则数控电机装置80按照齿轮箱的方式操作，或者数控电机装置80可以以与内燃发动机10相同的速度被直接驱动。该直接驱动的实施方案容易被改装到现有的内燃发动机，特别是固定速度的发动机，例如柴油发动机、液压发动机和其他大型内燃发动机。由来自内燃发动机10的热能回收产生的功率可以被直接添加到在内燃发动机10的曲轴处产生的功率。
图26中所示的系统是图17的系统的变型，其包括工作流体回路中的再冷却器180和电子膨胀阀(EEV)185。离开第一压缩机50的工作流体通过再冷却器180，然后通过EEV185。EEV 185用于控制中间冷却器95内的气体的膨胀，液体到气体的膨胀的蒸发潜热以较大的热容吸收较大量的热量，并且进一步将来自涡轮压缩机90的通过中间冷却器95的压缩空气冷却至环境温度以下。更冷的压缩空气在内燃发动机10气缸内的燃烧过程中产生更大的气体膨胀并且增加其功率输出，这又提高了燃烧过程的效率并降低了燃料消耗。
应当理解，温度和压力的所有指示仅供用于指导，而不是限制本发明的目的。
虽然已经参考具体实施方案描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，本发明可以以许多其它形式实施。

Claims (60)

1.一种内燃发动机热能回收系统，包括：
第一热交换器，其被布置成与内燃发动机的至少一个热能源以及所述系统的工作流体热连通，更优选地流体连通，用于将热能从所述热能源传递到所述系统的工作流体；
涡轮机，其被布置成与在所述第一热交换器中被加热的所述工作流体流体连通，用于使所述工作流体膨胀以产生轴功率；
第二热交换器，其被布置成与膨胀的工作流体热连通，更优选地流体连通，以从该膨胀的工作流体中移除废热并将该废热传递到外部源，例如大气；和第一压缩机，其被布置成与离开所述热交换器的所述工作流体流体连通，用于在冷却的工作流体进入所述第一热交换器之前增加所述冷却的工作流体的压力，其中所述系统的工作流体是超临界流体。
2.一种内燃发动机热能回收系统，包括：
第一热交换器，其被布置成与内燃发动机的第一热能源和所述内燃发动机的第二热能源热连通，更优选地流体连通，用于将来自所述第一热能源的热能传递到所述第二热能源；
中间热交换器，其被布置成与在所述第一热交换器中被加热的所述第二热能源以及与所述系统的工作流体热连通，用于将热能从所述第二热能源传递到所述系统的所述工作流体；
涡轮机，其被布置成与在所述中间热交换器中被加热的所述工作流体流体连通，用于使所述工作流体膨胀以产生轴功率；
第二热交换器，其被布置成与膨胀的工作流体热连通，更优选地流体连通，以从该膨胀的工作流体中移除废热并将该废热传递到外部源，例如大气；和第一压缩机，其被布置成与离开所述热交换器的所述工作流体流体连通，用于在冷却的工作流体进入所述中间热交换器之前增加所述冷却的工作流体的压力，其中所述系统的工作流体是基本上超临界的流体。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述工作流体是超临界二氧化碳。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述工作流体是超临界水或其它制冷剂。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述系统包括与所述涡轮机操作地关联的发电机，用于将所述涡轮机产生的轴功率转换成电力。
6.根据权利要求5所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述系统包括适于存储由所述发电机产生的电力的电池。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述内燃发动机的所述至少一个热能源或第一热能源是废气。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述内燃发动机的所述至少一个热能源或第二热能源是发动机冷却剂。
9.根据权利要求8所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述系统包括冷却剂再循环管道，其被布置成使由所述第一热交换器冷却的发动机冷却剂再循环回到所述内燃发动机。
10.根据权利要求9所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述冷却剂再循环管道被布置成使所述发动机冷却剂在所述发动机内的水回路中再循环。
11.根据权利要求9所述的内燃发动机热能回收系统，其中水回路被布置在所述发动机内用于所述工作流体的循环。
12.根据权利要求1至12中任一项所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述内燃发动机的所述至少一个热能源或第一热能源是机油。
13.根据权利要求12所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述系统包括机油再循环管道，其被布置成使由所述第一热交换器冷却的机油再循环回到所述内燃发动机。
14.根据权利要求13所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述机油再循环管道被布置成使机油在油回路中再循环回到所述发动机内。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述至少一个热能源是由交通工具的空调系统发出的冷凝器热量。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述系统被布置成从所述内燃发动机的多个热能源回收热能。
17.根据权利要求16所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述第一热交换器被布置成与呈发动机废气形式的第一热能源和呈发动机冷却剂形式的第二热能源中的每一个热连通，更优选地流体连通。
18.根据权利要求17所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述第一热交换器包括用于将热能从所述废气传递到所述工作流体的废气接收热交换器，和用于将热能从所述发动机冷却剂传递到所述工作流体的冷却剂接收热交换器。
19.根据权利要求17或权利要求18所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述第一热交换器还包括油接收热交换器，其被布置成与呈机油形式的另一热能源热连通，更优选地流体连通，用于将热能从所述机油传递到所述工作流体。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述第一压缩机与所述涡轮机的输出轴操作地关联，以便由所述涡轮机驱动。
21.根据权利要求6至19中任一项所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述系统包括被布置成从所述电池提取电力的电机。
22.根据权利要求21所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述第一压缩机与所述电机操作地关联并由所述电机驱动。
23.根据权利要求1至19中任一项所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述第一压缩机由所述内燃发动机产生的轴功率驱动。
24.根据权利要求5所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述第一压缩机直接由所述发电机产生的电力驱动。
25.根据权利要求5所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述系统还包括具有存储器的数控电机装置，该数控电机装置被布置成从所述发电机提取电力。
26.根据权利要求25所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述数控电机装置包括用于存储机械功率的飞轮。
27.根据权利要求25或26所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述数控电机装置还包括被布置成与所述飞轮磁连通的转子。
28.根据权利要求27所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述飞轮和所述转子适于以不同的旋转速度运行。
29.根据权利要求25至28中任一项所述的内燃发动机热能回收系统，其中由所述数控电机装置产生的电力的至少一部分用于驱动所述第一压缩机。
30.根据当从属于权利要求6时的权利要求25至28中任一项所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述数控电机装置被布置成将其中产生的电力的至少一部分转移到电池用于存储。
31.根据权利要求1至30中任一项所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述系统还包括与空气源流体连通的第二压缩机和被布置成用于冷却离开所述第二压缩机的压缩空气的第一中间冷却器，其中冷却的压缩空气被布置成与所述内燃发动机的进气口流体连通。
32.根据权利要求31所述的内燃发动机热能回收系统，其中由所述第二热交换器冷却的所述工作流体的一部分在其进入所述第一压缩机之前通过所述中间冷却器转向以冷却所述压缩空气。
33.根据权利要求31所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述系统包括第二中间冷却器，所述第二中间冷却器与所述第一中间冷却器热连通，更优选地流体连通，所述第一中间冷却器和第二中间冷却器被布置在闭合回路中，中间冷却器的流体流过该闭合回路，其中由所述第二热交换器冷却的所述工作流体的一部分通过所述第二中间冷却器转向，以在其进入所述第一压缩机之前与所述中间冷却器的流体进行热交换。
34.根据权利要求33所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述中间冷却器的流体是水。
35.根据当从属于权利要求5时的权利要求31所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述第二压缩机由所述发电机产生的电力直接驱动。
36.根据当从属于权利要求6时的权利要求31所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述第二压缩机由电机驱动，所述电机由存储在所述电池中的电力供电。
37.根据当从属于权利要求6时的权利要求7至34中任一项所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述系统还包括由存储在所述电池中的电力的一部分供电的电动发电机。
38.根据权利要求37所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述电动发电机与由所述内燃发动机提供动力的交通工具的传动轴操作地关联。
39.根据权利要求37或权利要求38所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述电动发电机适于从所述电池提取电力以使所述交通工具的传动轴旋转。
40.根据当从属于权利要求25时的权利要求31至39中任一项所述的内燃发动机热能回收系统，其中由数字齿轮箱电机产生的电力的一部分用于驱动所述第一压缩机，而电力的另一部分用于驱动所述第二压缩机。
41.根据当从属于权利要求6时的权利要求30至40中任一项所述的内燃发动机热能回收系统，还包括具有存储器的第一数控电机装置，该第一数控电机装置被布置成能够与所述涡轮机和所述第一压缩机两者操作地连通以驱动所述第一压缩机，并且还包括具有存储器的第二数控电机装置，该第二数控电机装置与所述交通工具的传动轴操作地关联并且适于从所述电池提取电力以使所述交通工具的传动轴旋转。
42.根据权利要求1至41中任一项所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述工作流体通过所述内燃发动机循环，与至少一个发动机部件热连通，用于在所述工作流体进入所述第一热交换器之前将热能从所述至少一个发动机部件传递到所述工作流体。
43.根据权利要求42所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述至少一个发动机部件是燃烧气缸。
44.根据权利要求42所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述至少一个发动机部件是机油。
45.根据权利要求1至44中任一项所述的内燃发动机热能回收系统，还包括同流换热器，其被布置成在所述工作流体从所述内燃发动机离开时与所述工作流体热连通，优选地流体连通，用于在所述工作流体进入所述第一热交换器之前将热能传递到所述工作流体。
46.根据权利要求45所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述同流换热器还被布置成与所述膨胀的工作流体热连通，优选地流体连通，用于在工作流体进入所述第二热交换器之前将热能从所述工作流体传递出来。
47.根据当从属于权利要求2时的权利要求44或权利要求45所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述同流换热器被布置成在所述工作流体从所述第一压缩机离开时与所述工作流体热连通，优选地流体连通，用于在所述工作流体进入所述中间热交换器之前将热能传递到所述工作流体。
48.根据权利要求47所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述同流换热器还被布置成与所述膨胀的工作流体热连通，优选地流体连通，用于在工作流体进入所述第二热交换器之前将热能从所述工作流体传递出来。
49.此处进一步公开的一种内燃发动机热能回收系统，包括：
内燃发动机热交换器，其被布置成与所述内燃发动机的至少一个部件热连通，用于将热能从所述内燃发动机的所述至少一个部件传递到所述系统的工作流体，第一热交换器，其被布置成与由所述内燃发动机热交换器加热的所述工作流体热连通，更优选地流体连通，并且与所述内燃发动机的至少一个另外的热能源热连通，优选地流体连通，用于将热能从所述热能源传递到所述系统的工作流体；
涡轮机，其被布置成与在所述第一热交换器中加热的所述工作流体流体连通，用于使所述工作流体膨胀以产生轴功率；
同流换热器，其被布置成与来自所述涡轮机的膨胀的工作流体流体连通以恢复其中的热量，并且进一步被布置成与由所述内燃发动机热交换器加热的所述工作流体流体连通以在所述工作流体进入所述第一热交换器之前冷却所述工作流体；
第二热交换器，其被布置成与在所述同流换热器中加热的所述工作流体流体连通，用于从所述工作流体中移除废热并将所述废热传送到外部源，例如大气；和
第一压缩机，其被布置成与离开所述第二热交换器的所述工作流体流体连通，用于在冷却的工作流体进入所述内燃发动机热交换器之前增加所述冷却的工作流体的压力，其中所述系统的工作流体是超临界流体。
50.根据权利要求49所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述内燃发动机热交换器是被布置成与所述内燃发动机的所述至少一个部件热连通的管道，或所述内燃发动机热交换器包括所述管道。
51.根据权利要求50所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述管道被布置成输送所述工作流体通过所述内燃发动机。
52.根据权利要求49所述的内燃发动机热能回收系统，还包括与离开所述第一压缩机的所述工作流体流体连通的第三热交换器，其中通过所述第三热交换器的所述工作流体与环境空气热连通以冷却所述工作流体。
53.根据权利要求52所述的内燃发动机热能回收系统，还包括第二压缩机和第一中间冷却器，所述第二压缩机与空气源流体连通，所述第一中间冷却器被布置成用于冷却离开所述第二压缩机的压缩空气，其中冷却的压缩空气与离开所述第三热交换器的所述工作流体热连通，用于在所述压缩空气进入所述内燃发动机之前冷却所述压缩空气。
54.根据权利要求49至53中任一项所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述内燃发动机热交换器位于所述内燃发动机的内部。
55.根据权利要求49至54中任一项所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述至少一个发动机部件是燃烧气缸或机油。
56.根据权利要求49至55中任一项所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述第二热交换器被布置成将所述废热从所述工作流体传递到大气。
57.一种内燃发动机热能回收系统，包括：
第一热交换器，其被布置成与所述内燃发动机的至少一个热能源以及与所述系统的工作流体热连通，更优选地流体连通，用于将热能从所述热能源传递到所述系统的工作流体；
涡轮机，其被布置成与在所述第一热交换器中加热的所述工作流体流体连通，用于使所述工作流体膨胀以产生轴功率；
第二热交换器，其被布置成与膨胀的工作流体热连通，更优选地流体连通，以从所述膨胀的工作流体中移除废热并将所述废热传递到大气；和第一压缩机，其被布置成与离开所述热交换器的所述工作流体流体连通，用于在冷却的工作流体进入所述第一热交换器之前增加所述冷却的工作流体的压力，其中所述系统的所述工作流体是基本上超临界的流体。
58.一种内燃发动机热能回收系统，包括：
第一热交换器，其被布置成与内燃发动机的至少一个热能源以及与所述系统的工作流体热连通，更优选地流体连通，用于将热能从所述热能源传递到所述系统的工作流体；
涡轮机，其被布置成与在所述第一热交换器中加热的所述工作流体流体连通，用于使所述工作流体膨胀以产生轴功率；
第二热交换器，其被布置成与膨胀的工作流体热连通，更优选地流体连通，以从所述膨胀的工作流体中移除废热并将所述废热传递到大气；和第一加压装置，其被布置成与离开所述热交换器的所述工作流体流体连通，用于在冷却的工作流体进入所述第一热交换器之前增加所述冷却的工作流体的压力，其中所述系统的工作流体是基本上超临界的流体。
59.根据权利要求58所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述加压装置是热泵。
60.根据权利要求1至60中任一项所述的内燃发动机热能回收系统，其中所述工作流体至少在其进入所述涡轮机之前是超临界的。
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