用于加热废热回收设备的膨胀机械的方法和设备技术

与内燃机一起使用的废热回收设备，其包括：用于使工作流体循环的工作流体回路、连接在工作流体回路上并适于从热源回收废热以加热工作流体的锅炉、连接在工作流体回路上以从锅炉接收工作流体的膨胀机、以及与膨胀机相关联的加热套。位于锅炉下游的工作流体回路包括连接到膨胀机入口的第一支路和连接到加热套的第二支路。阀被连接在工作流体回路上，以选择性地控制该工作流体是流到第一支路以进行膨胀并回收功还是流到第二支路以响应于工作流体的温度来加热膨胀机。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于加热废热回收设备的膨胀机械的方法和设备
本专利技术涉及用于从内燃机的废热中回收能量的底循环设备(bottomingcycleapparatuses)，例如朗肯循环设备，更具体地，涉及这种设备的膨胀机械。
技术介绍
对于底循环设备、例如基于朗肯循环的设备而言，系统效率与正常运行时间(即，期间发生了废热回收的运行时间)直接相关。暂停时段通常是因为只有低品质热量可用(废热不足)或者因为部件暖机时间(当锅炉和膨胀机械正在暖机时)。
技术实现思路
本专利技术提出了一种在只有低品质热量可用期间、通过改善热管理来增加运行时间并在恢复运行时减少该设备的暖机时间的方案。本专利技术适用于底循环，例如朗肯循环、埃里克森循环以及其他废热回收循环。根据本专利技术，底循环设备的膨胀机械被连接在工作流体回路中，以接收来自余热回收换热器(例如锅炉、蒸发器或换热器)的工作流体。被引导到膨胀机械的工作流体在该膨胀机械内膨胀，以产生可用的功或能量。该膨胀机械还包括加热套，该加热套被连接成接收工作流体以便加热该膨胀机械。旁通阀控制该工作流体是否被引导到膨胀入口或加热套中。对该旁通阀的控制基于工作流体的温度(这可以在锅炉的出口处测得)和膨胀机的温度(这可以在便利的位置测得)。还可以基于其他条件来调节该旁通阀，例如但不限于：对膨胀机械的转速的控制、工作流体的温度调节、或者该膨胀机械的扭矩需求(例如在发动机制动模式期间要求停止产生动力)。根据本专利技术，膨胀机可以是涡轮机械、活塞机械、涡旋式机械、螺杆机、或能通过使工作流体膨胀而提取有用功的其他装置。在根据本专利技术的设备中，可以使用多级膨胀机布置，对于其中的一个或多个级，旁路被选择性地控制。根据本专利技术，所述加热套可以是水套的形式。附图说明图1是根据现有技术的典型朗肯循环设备的示意图。图2是朗肯循环设备的示意图，该朗肯循环设备具有用于旁通所述膨胀机械的工作流体旁通回路。图3是根据本专利技术一个实施例的底循环的示意图，其中，膨胀机械具有加热套，以接收用于加热该膨胀机械的工作流体。图4是图3的设备的替代实施例的示意图。图5是根据本专利技术的膨胀机的替代实施例。图6示出了具有工作流体加热套的多个膨胀机的替代布置。具体实施方式如图1所示，典型的底循环废热回收设备包括蒸发器或锅炉10，以回收来自热源(未示出)的热量(例如来自内燃机排气、发动机冷却剂、发动机油冷却器或其他热源的废热)，从而加热工作流体。工作流体由工作流体回路12输送穿过该设备。离开锅炉10的已加热的工作流体被引导通过工作流体回路管线12a而到达膨胀机械或膨胀机14，该膨胀机械或膨胀机14通过使工作流体膨胀而产生功。该膨胀机可以是涡轮机、活塞发动机、涡旋式机械、螺杆机或其他机械。所产生的功可通过轴15被传递，并例如可用于驱动发电机或作为机械功率被添加给内燃机的驱动轴。膨胀后的工作流体被引导通过回路管线12b而到达冷凝器16，该冷凝器16从工作流体中去除热量并冷凝该工作流体。冷凝后的流体然后被引导通过回路管线12c而到达泵18，泵18压缩该工作流体。回路管线12c将工作流体从泵18输送到锅炉10，以重复该废热回收循环。如图2所示(这也是现有技术中已知的)，底循环废热设备可包括旁通阀20和旁通回路22，以引导工作流体绕过膨胀机14到达冷凝器16。旁通阀20可以被控制，以在工作流体处于运行条件下时引导工作流体通过管线24到达膨胀机14，或者在工作流体的品质对于膨胀来说不足(即，在锅炉10处没有足够的可用废热以将工作流体加热到运行温度，例如作为过热蒸汽)时，引导工作流体通过管线22以旁通所述膨胀机14。冷凝器16冷却从旁通回路接收到的工作流体，并且，冷却后的流体由泵18泵送到蒸发器/锅炉10。旁通阀20控制该工作流体是被引导到膨胀机14还是被引导到绕过该膨胀机的旁通回路22。当工作流体处于运行温度时，旁通阀20关闭旁通回路22并引导工作流体通过管线24到达膨胀机14。处于运行条件下的工作流体(即，作为蒸汽)进入相对冷的膨胀机械可能导致对该膨胀机械的热冲击。另外，工作流体可以通过向该机械结构放热而被冷却到冷凝温度，从而引起腐蚀、点蚀(pitting)、或其他损害。图3示出了本专利技术的一个实施例。图3的设备包括在结构上与膨胀机14关联的加热套30。不同于图2的旁通阀和旁通回路，该工作流体回路管线12a的第一支路40连接到膨胀机14，并且第二支路42连接到加热套30。阀44控制该工作流体是流过第一支路40还是流过第二支路42。加热套30使工作流体作为加热流体围绕该膨胀机循环，以在该膨胀机变得可运行之前加热它或维持在运行阶段之间的温度。加热套30可以形成为现有技术中已知的、用于冷却发动机部件的水套。该加热套可以是一个或多个通道，该一个或多个通道被形成为输送与膨胀机械结构传热接触的工作流体。在加热套30和膨胀机14的出口处的止回阀52、54防止流体流回到该加热套和膨胀机中。可选地，被引导通过加热套30并离开该加热套30的工作流体可以旁通冷凝器16，如虚线12bc所示。旁通阀44可以基于离开锅炉10的工作流体的感测温度而运行。在锅炉10的出口处或在该锅炉的出口侧的工作流体回路12a上的温度传感器46可以被连接，以向控制器48提供温度信号，该控制器48被连接以控制旁通阀44。还可以基于其他运行条件来调节该旁通阀44。例如，工作流体到第一支路40的流动可以是按比例的，以控制该膨胀机械的转速。速度传感器60可以设置在膨胀机的输出轴15上，并被连接以将速度信号传送给控制器48。另外或替代地，可以操作该旁通阀44以用于工作流体的温度调节，例如，通过将工作流体分为流经加热套30的部分和流经膨胀机械14的部分。在膨胀机的出口侧(或在冷凝器的入口处)的温度传感器62能监控正离开的已膨胀的工作流体的温度，并向控制器提供信号。作为又一种替代，可以响应于该膨胀机械的输出扭矩需求(例如在发动机制动模式期间要求停止产生动力)来控制工作流体的流动。根据本专利技术的此方面的控制器48被连接以接收来自如下装置的信号，该装置接收所述膨胀机的输出扭矩，例如是内燃机的驱动轴(未示出)或者是发电机/电池设备(也未示出)。图4所示的该设备的替代实施例可以包括位于锅炉10上游的回热器70。离开加热套30的工作流体可以由管线12e输送到回热器70，以向进入该锅炉的工作流体传递能量，从而提高效率。离开回热器70的工作流体由管线12f输送到冷凝器16。这减少了冷凝器16上的负荷并减少了锅炉10必须向该流体增加的用于产生蒸汽的能量的量。离开膨胀机14的工作流体也可以在引导到冷凝器16之前被引导通过回热器70，如虚线12g所示。如图5所示，用于控制工作流体到加热套30或膨胀机14中的流动的阀设备80以及用于工作流体出口的止回阀82、84可以与加热套结合成一体，以简化布置。如图所示，出口86和位于入口侧的阀80可以形成为加热套30上的歧管。图6示出了两个串联的膨胀机114a、114b的布置。第一膨胀机114a和第二膨胀机114b被示出为分别具有加热套130a、130b。每个膨胀机级114a、114b包括旁通阀144a，144b，以控制工作流体是被引导通过第一支路140a、140b到达膨胀机以产生功还是被引导通过第二支路142a、142b到达相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种废热回收设备，包括：工作流体回路，所述工作流体回路用于使工作流体循环；锅炉，所述锅炉连接在所述工作流体回路上，并适于从热源回收废热并将所回收的废热传递给工作流体；膨胀机，所述膨胀机连接在所述工作流体回路上，以从所述锅炉接收工作流体；加热套，所述加热套与所述膨胀机进行传热接触；其中，在所述锅炉下游的所述工作流体回路包括与所述膨胀机连接的第一支路以及与所述加热套连接的第二支路，并且还包括用于选择性地控制工作流体到所述第一支路和第二支路的流动的阀。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.02.06 US 61/761,3371.一种废热回收设备，包括：工作流体回路，所述工作流体回路用于使工作流体循环；锅炉，所述锅炉连接在所述工作流体回路上，并适于从热源回收废热并将所回收的废热传递给工作流体；温度传感器，所述温度传感器布置成感测所述锅炉的出口处的所述工作流体的温度并产生表示该温度的温度信号；膨胀机，所述膨胀机连接在所述工作流体回路上，以从所述锅炉接收工作流体；加热套，所述加热套与所述膨胀机进行传热接触；其中，在所述锅炉下游的所述工作流体回路包括与所述膨胀机连接的第一支路以及与所述加热套连接的第二支路，并且还包括用于选择性地控制工作流体到所述第一支路和第二支路的流动的第一阀，其中所述第一阀按比例地控制工作流体到所述第一支路和第二支路的流动；以及控制器，所述控制器被连接成接收来自所述温度传感器的温度信号并连接成控制所述第一阀，所述控制器适于响应于所述温度信号来控制所述第一阀。2.根据权利要求1所述的废热回收设备，包括：冷凝器，所述冷凝器连接在所述工作流体回路上，以从所述膨胀机和所述加热套接收工作流体；泵，所述泵连接在所述工作流体回路上，以从所述冷凝器接收工作流体，所述泵适于压缩所述工作流体并将所述工作流体引导到所述锅炉。3.根据权利要求2所述的废热回收设备，包括回热器，所述回热器被连接成从所述加热套接收工作流体并将工作流体引导到所述冷凝器。4.根据权利要求2所述的废热回收设备，包括回热器，所述回热器被连接成从所述膨胀机接收工作流体并将工作流体引导到所述冷凝器。5.根据权利要求1所述的废热回收设备，包括回热器，所述回热器被连接成从所述加热套接收工作流体。6.根据权利要求1所述的废热回收设备，包括回...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·吉布尔，
申请(专利权)人：沃尔沃卡车集团，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE