[发明专利]废热回收系统及其涡轮膨胀机

说明书

一种用于回收内燃机的废热的废热回收系统包括涡轮膨胀机。所述涡轮膨胀机包括：涡轮叶片；轴，其联接到所述涡轮叶片并能够由所述涡轮叶片旋转；以及喷嘴组件。所述喷嘴组件包括：喷嘴块，其围绕所述轴设置并邻近所述涡轮叶片；第一喷嘴部件，其联接到所述喷嘴块；以及第二喷嘴部件，其联接到所述喷嘴块。所述第一喷嘴部件限定第一喷嘴，所述第一喷嘴具有第一几何配置。所述第二喷嘴部件限定第二喷嘴，所述第二喷嘴具有与所述第一几何配置不同的第二几何配置。所述废热回收系统还包括流量控制装置，所述流量控制装置与所述涡轮膨胀机流体连通。所述废热回收系统还包括控制器，所述控制器与所述流量控制装置连通。

本申请是名称为“废热回收系统及其涡轮膨胀机”、申请日为2019年2月27日、申请号为201910144972.0的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明总体上涉及一种用于回收内燃机的废热的废热回收系统

背景技术

内燃机(ICE)在操作期间产生推力和/或动力并且将热量作为副产物释放。在汽车工业中，废热回收系统通常利用这种废弃的热量来发电，所述电力可以进一步用于为机动车辆的电子部件供电。

常规的废热回收系统包括涡轮膨胀机、流量控制装置以及控制器。涡轮膨胀机基于工作流体输出动力。具体地，在常规的废热回收系统中，涡轮膨胀机包括：涡轮叶片，其能够通过工作流体旋转；轴，其联接到所述涡轮叶片并能够由所述涡轮叶片旋转并沿纵向轴线延伸；以及喷嘴组件，其用于将所述工作流体引导到所述涡轮叶片以使所述涡轮叶片旋转。

常规的喷嘴组件具有喷嘴块、第一喷嘴部件以及第二喷嘴部件。喷嘴块设置在轴周围并邻近涡轮膨胀机。所述第一喷嘴部件与所述喷嘴块为一体以加速所述工作流体并限定第一喷嘴，而所述第二喷嘴部件与所述喷嘴块成一体以加速所述工作流体并限定第二喷嘴。在常规的喷嘴部件中，所述第一和第二喷嘴具有相同的几何配置。

常规的废热回收系统利用有机朗肯循环(ORC)。ORC因其使用有机高分子量工作流体而得名，所述工作流体的液汽相变在低于水-蒸汽相变的温度下发生。工作流体可以包括乙醇、甲醇、煤油、汽油、柴油、丙醇、丁醇、水、苯、甲苯、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、丙酮或液态氢中的至少一种。ICE废弃的热量加热工作流体使得工作流体经历从液态到汽态的液汽相变。在汽态下，工作流体更适合于使涡轮叶片旋转。

近年来，一直希望提高废热回收系统的效率和整体性能。一直希望扩大工作范围并提高可控性以帮助提高废热回收系统的效率和整体性能。对于常规的废热回收系统，所述工作流体必须以适当的压力和质量流速流动以使涡轮叶片旋转。

然而，在其中第一和第二喷嘴具有相同几何配置的常规废热回收系统中，工作流体压力和质量流速中只有窄窗口能够让废热回收系统进行操作。具体地，由ICE产生的热量基于ICE的速度和负载而变化。因而，在ICE的某些操作状态(例如，启动)下，由ICE产生的热量可以使工作流体压力和质量流速在能够让废热回收系统进行操作的窄窗口之外。当工作流体在压力和质量流速的窄窗口之外时，工作流体必须绕过涡轮膨胀机或必须关闭涡轮膨胀机以防止工作流体冷凝损坏涡轮叶片。

此外，常规的喷嘴组件难以制造。具体地，由于喷嘴块的尺寸，在喷嘴部件中限定与喷嘴块成一体的喷嘴需要大量精确的机加工，这增加了制造时间和成本。

因而，仍然需要提供一种改进的废热回收系统。

发明内容