CN109751153A - 废热驱动式排气泵 - Google Patents
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Abstract
许多变型可以包括限定排气流的内燃机尾管排气回路以及废热回收系统，该废热回收系统构造和布置成从尾管排气回路、排气流、增压空气冷却器、排气再循环流体流或冷却剂流中的至少一个回收热能。废热回收系统可以包括膨胀机组件，该膨胀机组件可以包括第一泵、膨胀机、蒸发器和冷凝器。由废热回收系统驱动的第二泵可以与尾管排气回路和排气流流体连通，并且构造和布置成降低尾管排气回路和排气流中的排气压力。第三泵可以与排气再循环流体流流体连通并且构造和布置成在排气再循环系统内泵送排气再循环流体流。
Description
技术领域
本公开总体上涉及的领域包括废热回收。
背景技术
在发动机排气流中设置越来越多的排放控制装置(如微粒过滤器或选择性催化还原后处理装置)会增大内燃机汽缸的背压，这转而又增大了发动机的泵功并可能会对整体的发动机效率和燃油效率产生消极影响。另外，需要发动机进气歧管与排气压力之间的负压差来驱动排气再循环系统，但这种负压差却可能会对发动机效率产生负面影响。
废热回收系统可以在内燃机系统中用来从排气或其他废液回收废热。
有机朗肯循环(ORC)废热回收系统是通常在发电厂中使用以使热能转换成机械功的热力循环。此循环包括四个步骤：首先，将加压工作流体引导至蒸发器，在那里进行蒸发。之后，可以使过热蒸汽通过其中气体可以膨胀以提取机械功的膨胀装置(涡轮机或其他膨胀机)，然后再通过冷凝器，在那里过热蒸汽可以再次冷凝成液态。在最终步骤中，可以使用泵来对液化工作流体进行加压并将其返回到锅炉或热交换器。在朗肯循环中，热量可以被转换成有用功，而有用功本身可以被转换成电力，否则，热量可能会经由车辆排气装置、对发动机进行冷却的散热器以及其他通道耗散到环境中去。
发明内容
许多变型可以包括一种产品，该产品可以包括限定排气流的内燃机尾管排气回路以及构造和布置成从排气流回收废热的废热回收系统，该废热回收系统可以包括膨胀机组件，该膨胀机组件可以包括第一泵和膨胀机，该废热回收系统可以进一步包括冷凝器、蒸发器和第二泵；并且其中第二泵可以与尾管排气回路和排气流流体连通，并且可以构造和布置成降低尾管排气回路和排气流中的排气压力。在任何变型中，废热回收系统可以构造和布置成从EGR流体流、排气流、冷却剂流、增压空气冷却器回路或其他类似系统回收热量。
许多变型可以包括一种产品，该产品可以包括内燃机组件，该内燃机组件可以包括可以限定排气再循环流体流的排气再循环系统；构造和布置成从排气再循环流体流回收废热的废热回收系统可以包括膨胀机组件，该膨胀机组件可以包括第一泵和膨胀机，该废热回收系统还可以包括冷凝器、蒸发器和第二泵；并且其中膨胀机可以与第二泵连通，第二泵可以与排气再循环流体流流体连通并且可以构造和布置成在排气再循环系统内泵送排气再循环流体流。
许多变型可以包括一种产品，该产品可以包括内燃机组件，该内燃机组件可以包括限定排气再循环流体流的排气再循环系统、限定排气流的尾管排气回路以及构造和布置成从排气再循环流体流或排气流中的至少一个回收废热的废热回收系统；废热回收系统可以包括第一泵、蒸发器、膨胀机和冷凝器。废热回收系统还可以包括第二泵和第三泵。其中第二泵可以位于排气流后处理装置的下游且可以与尾管排气回路和排气流流体连通，并且可以构造和布置成降低尾管排气回路和排气流中的排气压力。并且其中第三泵可以与排气再循环流体流流体连通并且可以构造和布置成在排气再循环系统内泵送排气再循环流体流。
根据下文提供的详细描述，本发明范围内的其他说明性变型将变得显而易见。应当理解的是，尽管公开了可选的变型，但详细描述和所列举的变型仅用于说明的目的，而不意图限制本发明的范围。
附图说明
通过详细描述和附图，将更全面地理解本发明范围内的变型的优选示例，在附图中：
图1描绘了废热回收系统的一个变型；
图2描绘了废热回收系统的一个变型；
图3描绘了废热回收系统的一个变型；
图4描绘了废热回收系统的一个变型；以及
图5描绘了废热回收系统的一个变型。
具体实施方式
以下对变型的描述在本质上仅是说明性的，决不旨在限制本发明的范围、其应用或用途。以下对变型的描述仅说明被认为落在本发明范围内的部件、元件、动作、产品和方法，并且没有意图以任何方式通过具体公开的或未明确阐述的内容来限制这种范围。如本文所述的部件、元件、动作、产品和方法可以按照与本文明确描述的方式不同的方式进行组合和重新布置，并且仍然被认为是处于本发明的范围内。
在许多变型中，有机朗肯循环(ORC)废热回收系统可以用于改善车辆发动机的燃料效率；例如，用于长途商用货运的牵引式拖车。ORC系统可以使用来自发动机的废热来蒸发工作流体或与其进行热传递。这种流体可以在热力循环内发生膨胀，产生有用动力。在许多变型中，膨胀装置可以是涡轮机，其中工作流体在连接到轴的涡轮机叶轮上做功。涡轮机的轴可以经由变速器或者通过将轴连接到发电机而连接到发动机曲柄，废热可以被转换成车辆可以在其他辅助系统中存储或使用的电力。然后，可以将工作流体冷凝并经由泵返回到锅炉或热交换器。一个变型可以包括废热回收系统，其中热驱动输出装置(如膨胀机)用于驱动排气泵。排气泵可以位于排气流内的任何位置。根据一个变型，排气泵可以用于将排气压力降低来接近或低于大气条件，以便降低发动机泵功并提高发动机的燃料效率。替代实施例可以使用排气泵来泵送排气再循环(EGR)系统的排气。废热回收系统可以构造和布置成从排气流、EGR系统、发动机冷却剂回路、增压空气冷却器回路或尾管排气回路和EGR源回收热能。
参考图1，发动机组件10可以包括内燃机12、涡轮增压器14、限定排气流16的尾管排气回路28、排气再循环系统30、散热器34和增压空气冷却器35。废热回收系统20可以包括第一泵32，第一泵32可以包括单个泵或多个泵、蒸发器、热驱动输出装置或膨胀机22(如涡轮机、涡旋或活塞类型等的膨胀机)、冷凝器24和储罐26。废热回收系统可以构造和布置成从尾管排气回路或排气流、EGR系统、排气流、发动机冷却剂回路37或增压空气冷却器35回收热能，并且可以用于将排气压力降低来接近或低于大气条件，以便提高发动机的泵效率。图1示出了构造和布置成从尾管排气回路和发动机冷却剂回路回收热能的废热回收系统的一个变型，但在本质上却仅仅是说明性的，作为与本文中明确描述的不同的部件和元件的其他配置和组合，并且仍被认为是落在本发明的范围内。
参考图2和图4，发动机组件10可以包括内燃机12、涡轮增压器14、限定排气流16的尾管排气回路28、排气再循环系统30、散热器34和增压空气冷却器35。废热回收系统20可以包括热驱动输出装置22(如涡轮机、涡旋或活塞类型等的膨胀机)、可以远离热驱动输出装置22但却可以与热驱动输出装置22机械或电气连通的排气泵18。排气泵18可以如图2中那样位于涡轮增压器14的下游，或者位于如图4中那样的位于EGR冷却器31和EGR阀33的上游或下游的排气再循环系统30中，或者位于这两者中。废热回收系统20可以进一步包括第一泵32，第一泵32可以包括单个泵或多个泵、冷凝器24和储罐26。废热回收系统可以构造和布置成从尾管排气回路、EGR系统、排气流、增压空气冷却器或发动机冷却剂回收热能，并且可以用于将排气压力降低来接近或低于大气条件，以便提高发动机的泵送效率。图2和图4示出了构造和布置成从排气流回收热能的废热回收系统的变型，但在本质上却仅仅是说明性的，作为与本文中明确描述的不同的部件和元件的其他配置和组合，并且仍被认为是落在本发明的范围内。
参考图3，发动机组件10可以包括内燃机12、涡轮增压器14、限定排气流16的尾管排气回路28、排气再循环系统30和散热器34。废热回收系统20可以包括热驱动输出装置22(如涡轮机、涡旋或活塞类型等的ORC膨胀机)、可以远离热驱动输出装置22但却可以与热驱动输出装置22机械或电气连通的排气泵18。排气泵18可以位于排气流后处理装置36的下游。废热回收系统20可以进一步包括冷凝器24、储罐26和第一泵32，第一泵32可以包括多个泵。废热回收系统可以构造和布置成从尾管排气回路、EGR系统或排气流和EGR源回收热能，并且可以用于将排气压力降低来接近或低于大气条件，以便提高发动机的泵效率。图3示出了构造和布置成从尾管排气回路或排气流回收热能的废热回收系统的一个变型，但在本质上却仅仅是说明性的，作为与本文中明确描述的不同的部件和元件的其他配置和组合，并且仍被认为是落在本发明的范围内。
参考图5，发动机组件10可以包括内燃机12、涡轮增压器14、限定排气流16的尾管排气回路28、排气再循环系统30、散热器34和增压空气冷却器35。废热回收系统20可以包括第一泵32，第一泵32可以包括多个泵、蒸发器、热驱动输出装置22(如涡轮机、涡旋或活塞类型等的膨胀机)、冷凝器24、储罐26和排气泵18。废热回收系统可以构造和布置成从尾管排气回路28、EGR系统30、排气流16、发动机冷却剂回路37或增压空气冷却器35回收热能，并且可以用于将排气压力降低来接近或低于大气条件，以便提高发动机的泵效率。图5示出了构造和布置成从尾管排气回路和/或排气再循环系统回收热能的废热回收系统的一个变型，但在本质上却仅仅是说明性的，作为与本文中明确描述的不同的部件和元件的其他配置和组合，并且仍被认为是落在本发明的范围内。
根据变型1，一种产品可以包括限定排气流的内燃机尾管排气回路；排气再循环流；以及废热回收系统，该废热回收系统可以包括膨胀机组件，该膨胀机组件可以包括第一泵和膨胀机，该废热回收系统还可以包括蒸发器、冷凝器和第二泵；并且其中膨胀机与第二泵连通并驱动第二泵，第二泵可以与尾管排气回路、排气流或排气再循环流流体连通并且可以构造和布置成降低尾管排气回路、排气流或排气再循环流中的排气压力。
变型2可以包括如变型1所述的产品，其中膨胀机可以是涡轮机类型。
变型3可以包括如变型1或2所述的产品，其中膨胀机可以是涡旋类型。
变型4可以包括如变型1至3中任一项所述的产品，其中膨胀机可以是活塞类型。
变型5可以包括如变型1至4中任一项所述的产品，其中第二泵可以与尾管排气回路和排气流流体连通，并且可以构造和布置成将尾管排气回路和排气流中的排气压力降低到大气条件或以下。
变型6可以包括如变型1至5中任一项所述的产品，其中第二泵可以与尾管排气回路和排气流流体连通地位于排气后处理装置的下游。
变型7可以包括如变型1至6中任一项所述的产品，其中废热回收系统可以构造和布置成从尾管排气回路、排气流、增压空气冷却器、排气再循环流体流或冷却剂流中的至少一个回收热能。
根据变型8，一种内燃机组件可以包括可以限定排气再循环流体流的排气再循环系统；废热回收系统可以包括膨胀机组件，该膨胀机组件可以包括第一泵和膨胀机，该废热回收系统还可以包括蒸发器、冷凝器和第二泵；并且其中膨胀机可以与第二泵连通并驱动第二泵，第二泵可以与排气再循环流体流流体连通并且可以构造和布置成在排气再循环系统内泵送排气再循环流体流。
变型9可以包括如变型8所述的产品，其中内燃机组件还可以包括限定排气流的内燃机尾管排气回路。并且还可以包括第三泵，该第三泵与尾管排气回路和排气流流体连通，并且可以构造和布置成降低尾管排气回路和排气流中的排气压力。
变型10可以包括如变型8和9中任一项所述的产品，其中第二泵可以与尾管排气回路和排气流流体连通地位于排气后处理装置的下游。
变型11可以包括如变型8至10中任一项所述的产品，其中膨胀机可以是涡轮机类型。
变型12可以包括如变型8至11中任一项所述的产品，其中膨胀机可以是涡旋类型。
变型13可以包括如变型8至12中任一项所述的产品，其中膨胀机可以是活塞类型。
变型14可以包括如变型8至13中任一项所述的产品，其中第二泵可以与尾管排气回路和排气流流体连通，并且可以构造和布置成将尾管排气回路和排气流中的排气压力降低到大气条件或以下。
变型15可以包括如变型8至14中任一项所述的产品，其中废热回收系统可以构造和布置成从尾管排气回路和排气流、增压空气冷却器、排气再循环流体流或冷却剂流中的至少一个回收热能。
根据变型16，一种产品可以包括内燃机组件，该内燃机组件可以包括限定排气再循环流体流的排气再循环系统；废热回收系统，该废热回收系统可以包括膨胀机组件，该膨胀机组件可以包括第一泵，该第一泵构造和布置成驱动废热回收系统内的工作流体和膨胀机；与尾管排气回路和排气流流体连通地位于排气流后处理装置下游的第二泵，该第二泵可以构造和布置成降低尾管排气回路和排气流中的排气压力；并且其中废热回收系统还可以包括冷凝器、蒸发器和第三泵；其中第三泵可以与排气再循环流体流流体连通并且可以构造和布置成在排气再循环系统内泵送排气再循环流体流。
变型17可以包括如变型16所述的产品，其中第二泵可以与尾管排气回路和排气流流体连通，并且可以构造和布置成将尾管排气回路和排气流中的排气压力降低到大气条件或以下。
变型18可以包括如变型16至17中任一项所述的产品，其中废热回收系统可以构造和布置成从尾管排气回路和排气流、增压空气冷却器、排气再循环流体流或冷却剂流中的至少一个回收热能。
以上对本发明的变型的描述在本质上仅是说明性的，因此，其变型不应被视为脱离了本文献中公开的本发明的精神和范围。
Claims (18)
1.一种产品，包括：
限定排气流的内燃机尾管排气回路；
排气再循环流；
废热回收系统，所述废热回收系统包括膨胀机组件，所述膨胀机组件包括第一泵和膨胀机，所述废热回收系统还包括蒸发器、冷凝器和第二泵；并且
其中所述膨胀机与所述第二泵连通，所述第二泵与所述尾管排气回路、排气流或排气再循环流中的至少一个流体连通，并且构造和布置成降低所述尾管排气回路、排气流或排气再循环流中的至少一个中的排气压力。
2.如权利要求1所述的产品，其中所述膨胀机是涡轮机类型。
3.如权利要求1所述的产品，其中所述膨胀机是涡旋类型。
4.如权利要求1所述的产品，其中所述膨胀机是活塞类型。
5.如权利要求1所述的产品，其中所述第二泵与所述尾管排气回路和排气流流体连通，并且构造和布置成将所述尾管排气回路和排气流中的排气压力降低到大气条件或以下。
6.如权利要求1所述的产品，其中所述第二泵与所述尾管排气回路和排气流流体连通地位于排气后处理装置的下游。
7.如权利要求1所述的产品，其中所述废热回收系统构造和布置成从所述尾管排气回路、排气流、增压空气冷却器、排气再循环流体流或冷却剂流中的至少一个回收热能。
8.一种产品，包括：
内燃机组件，所述内燃机组件包括限定排气再循环流体流的排气再循环系统；
废热回收系统，所述废热回收系统包括膨胀机组件，所述膨胀机组件包括第一泵和膨胀机，所述废热回收系统还包括蒸发器、冷凝器和第二泵；并且
其中所述膨胀机与所述第二泵连通，所述第二泵与所述排气再循环流体流流体连通并且构造和布置成在所述排气再循环系统内泵送所述排气再循环流体流。
9.根据权利要求8所述的产品，其中所述内燃机组件还包括限定排气流的内燃机尾管排气回路；并且
还包括第三泵，所述第三泵与所述尾管排气回路和排气流流体连通，并且构造和布置成降低所述尾管排气回路和排气流中的排气压力。
10.如权利要求9所述的产品，其中所述第三泵与所述尾管排气回路和排气流流体连通地位于排气后处理装置的下游。
11.如权利要求8所述的产品，其中所述膨胀机是涡轮机类型。
12.如权利要求8所述的产品，其中所述膨胀机是涡旋类型。
13.如权利要求8所述的产品，其中所述膨胀机是活塞类型。
14.如权利要求8所述的产品，其中所述内燃机组件还包括限定排气流的内燃机尾管排气回路；并且
还包括第三泵，所述第三泵与所述尾管排气回路和排气流流体连通，并且构造和布置成将所述尾管排气回路和排气流中的排气压力降低到大气条件或以下。
15.如权利要求8所述的产品，其中所述废热回收系统构造和布置成从所述尾管排气回路、排气流、增压空气冷却器、所述排气再循环流体流或冷却剂流中的至少一个回收热能。
16.一种产品，可以包括：
内燃机组件，所述内燃机组件包括限定排气再循环流体流的排气再循环系统；
废热回收系统，所述废热回收系统包括膨胀机组件，所述膨胀机组件包括第一泵、蒸发器、膨胀机和冷凝器；
位于排气流后处理装置下游的第二泵，所述第二泵与所述尾管排气回路和排气流流体连通并且构造和布置成降低所述尾管排气回路和排气流中的排气压力；以及
第三泵，所述第三泵与所述排气再循环流体流流体连通并且构造和布置成在所述排气再循环系统内泵送所述排气再循环流体流。
17.如权利要求16所述的产品，其中所述第二泵与所述尾管排气回路和排气流流体连通，并且构造和布置成将所述尾管排气回路和排气流中的排气压力降低到大气条件或以下。
18.如权利要求16所述的产品，其中所述废热回收系统构造和布置成从所述尾管排气回路、排气流、增压空气冷却器、所述排气再循环流体流或冷却剂流中的至少一个回收热能。
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