低温发动机系统的利记博彩app
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种包括低温发动机和在混合配置中产生废热的动力发生装置（如 内燃机、燃料电池等）的系统，用于在移动和固定式应用中产生动力。
【背景技术】
[0002] 低温发动机系统这样操作，即在封闭空间内使低温液体（例如液态空气、液氮、液 态氧或液态天然气等）汽化并利用所产生的增压气体以通过转动涡轮机或推进活塞来做 功。低温发动机系统的一个已知特征是提升峰值循环温度会增加其输出功。事实上，由于 低的循环起始温度，可实现从热量到轴动力的非常高的转化效率。但这是以能量输入为代 价而产生低温发动机的操作所需的低温工作流体。这种能量输入被转化成了经济成本，而 经济成本则是在评估利用低温发动机将上述环境温度热量转化成轴动力的商业业务时所 要考虑的关键。
[0003] 全球在工业和运输作业中产生极大量的废热。例如，内燃式（1C)机动车发动机仅 可将从其燃料输入中可获得的能量的30-40%转化成轴动力；几乎所有的剩余能量均在热 量经过散热器、中间冷却器和排气系统时损失掉。目前，有大量技术主要着眼于高等级废热 (>>100°C)，像是涡轮复合式的蒸汽循环、有机朗肯循环和热电联产。但很少有技术着眼于 低等级废热，并且产量通常也非常低（例如〈5%的转化效率）。
[0004] 低温发动机在废热回收方面具有潜在吸引力的。它们使用温度非常低的工作流体 且这能作为冷却散热装置来得到非常高产的热回收动力循环，即使是用相当低等级的废热 来源。使用液氮工作流体以及100°c(373. 15K)的峰值循环温度的卡诺效率的验证便体现 了这点。
[0005] 然而，与许多其它废热回收装置不同，用于这些低温发动机的工作流体通常是在 开式循环中使用（即，它在使用之后会被排出），因为低温流体生产设备对于小规模的固定 和移动（例如5MW之下）应用来说太过昂贵、效率太低且太过庞大。因此，与许多其它废热 回收装置不同，低温发动机有大量的运行成本与其消耗工作流体有关。而且，低温流体在机 器工作循环中被耗尽。
[0006] 通常，现有技术往往会忽略这一问题。例如，在US6, 891，850中公开的发明的目 的是仅利用废热来提供用于某些其它用途的增压气流，而不是产生轴动力。或者，已经尝试 通过将循环温度提高到非常高的水平以提高低温工作流体的比能量的方式来解决这一问 题。例如，US4, 354, 565公开了超过900°C的峰值循环温度。这两种方法在被施加到重视 产生动力的应用时存在缺陷；前者不从工作流体产生任何动力，而后者与内燃机和燃料电 池释放的低等级废热不相关。此外，在这些较高温度下，使用其它工作流体的闭合循环成为 可能，而结果是这些系统往往有高度复杂性。
[0007] US6, 202, 782描述了一种混合推进系统，在其中储热器被如此应用，以使得燃气 涡轮机可被间歇性操作以为朗肯循环提供动力。来自排放气体的热量被储存在蓄积器中以 驱动二次膨胀循环。
[0008] US4, 226, 294,US4,359, 118 和US4, 354, 656 公开了一种基于液氮或液态空气 的动力循环，其中，热量的主要来源是高温炉。热量从大量其它来源（在4, 359, 118中为两 个）中被回收，但并未提供能动态运行的系统。
[0009] US2010/0083940使用低温流体（液态空气）来冷却燃烧式发动机的入口空气。 尽管这种方法提高了燃烧式发动机的效率，但其并未使用低温流体作为工作流体来产生动 力。
[0010] 在现有技术中公开的低温发动机和热产生动力来源耦接机构的许多例子都涉及 到，随着热量产生，热量被低温发动机操作消耗。以这种方式操作低温发动机是欠佳的。现 有技术并未允许在低温发动机未运行时利用由热产生动力来源的操作释放出的热量来从 事任何有用的事情。
[0011] 因此，需要一种利用低温发动机将来自任何废热源（例如内燃机、燃料电池或其 它共存的热产生装置）的上述环境温度热量转化成额外的轴动力的经济可行的方法。
[0012] 使用低温工作流体的另一方面是它们的低温，这意味着它们可向共存的装置提供 冷却。然而，需要这样一种系统，在该系统中，冷却以及来自低温发动机的轴动力由低温发 动机的工作流体提供。从利用冷却和做功能力消耗的每一千克工作流体中获取最大的利益 的方法很可能是以这种方式使用的低温发动机的经济效益最大化。就这点而言，还需要总 体提高动力发生系统且尤其是加入了低温发动机的系统的总效率，且同时可进一步通过热 耦接实现某些效率收益，且分别的效率和实际经济收益可通过将低温发动机与另一动力发 生装置机械耦接来获得。这样的效率和优势通过本发明来实现，本发明允许整个系统被如 此操作，以对低温发动机和独立的动力发生装置中的每一个均效果最佳且同时允许每一个 相对于峰值动力需求而言具有减小的尺寸。每个发动机可最优化产生的动力以处于在期望 的性能带中，且能够比在每个发动机是单独提供总动力输出时可能实现的尺寸更小且效率 更高。通过根据动力需求而间歇操作一个或另一个或两个发动机的方式来满足需求，且这 与总是用低温发动机进行全输出的现有技术形成了鲜明的对比。
【发明内容】
[0013] 根据本发明的第一方面，提供了：具有第一动力输出件的低温发动机；具有第二 动力输出件的动力发生装置；被可操作地连接以用于从所述第一动力输出件和第二动力输 出件中的一个或另一个或两者接收动力输入的传动系统；以及被可操作地连接以用于从所 述传动系统接收动力的传动输出装置。
[0014] 上述配置允许选择性地单独或联合致动用于提供动力的两个机构中的一个或多 个并将允许该系统在间歇性的基础上选择性单独或联合操作两个发动机，以便最大满足动 力需求并同时以最佳匹配它们的最佳效率和性能能力的方式操作两个发动机。这样的配置 有别于现有技术中的"恒定的低温"配置并且如在本专利说明书中讨论的"全动态"配置中 尤其有利的。
[0015] 有利地，该系统还包括控制器，该控制器用于对所述低温发动机和动力发生装置 中的每一个的操作进行控制，以使得从低温发动机和动力发生装置中的一个或另一个或两 个向所述传动系统供应动力。
[0016] 合宜地，所述输出件包括驱动轴。
[0017] 在一个优选配置中，所述传动系统包括总合机构，且其中所述第一动力输出件和 第二动力输出件中的每个被耦接至所述总合机构，并且其中，所述传动系统包括公共的最 终输出件。该最终输出件在低温发动机和该动力发生装置之间共享，且该低温发动机和该 动力发生装置被构造成通过公共的最终动力输出件输出动力，该公共的最终动力输出件也 可在它和任一最终动力输出之间设置离合器。
[0018] 有利地，该系统还包括被可操作地连接至所述传动系统以用于从所述传动系统接 收动力的第一从动轮组和第二从动轮组。
[0019] 优选地，该系统还包括位于该第一驱动轮组和该传动系统之间的第一离合器。
[0020] 有利地，该系统包括位于该第二驱动轮组和该传动系统之间的第二离合器。
[0021] 有利地，该系统还包括独立的第一辅助输出件和第二辅助输出件。它们被可操作 地连接至该传动系统以用于从该低温发动机或该动力发生装置中的一个或另一个接收动 力，所述辅助输出件也被构造成将动力引导至分别独立设置的驱动轮组。
[0022] 该低温发动机和该动力发生装置可彼此（例如机械地）耦接，以使得所述输出机 构在所述低温发动机和所述动力发生装置之间共享，并且该低温发动机和该动力发生装置 被构造成通过所述输出机构选择性地输出动力。
[0023] 该低温发动机包括：
[0024]用于储存该低温发动机的工作流体的第一储罐；
[0025]用于储存热交换流体的热交换流体（HEF)储罐，其中，该热交换流体被构造成将 热传递至该低温发动机的工作流体；包括至少一个膨胀器的低温发动机本体，所述膨胀器 用于通过使工作流体膨胀从工作流体获取动力并通过输出机构将所获取的动力输出；以及 用于在热交换流体已经将热传递至该工作流体之后回收热交换流体的热交换流体回收装 置。
[0026] 该低温发动机还包括：
[0027] 用于将工作流体从所述第一储罐输送至所述低温发动机本体的至少一个工作流 体泵和/或至少一个工作流体喷射器；以及
[0028] 用于将热交换流体从该热交换流体储罐输送至该低温发动机本体的至少一个热 交换流体泵。
[0029] 热交换流体可被直接导入所述至少一个膨胀器内，以在该膨胀器内使该热交换流 体与该工作流体混合，从而允许该热交换流体将热传递至该工作流体。替代地或补充，该低 温发动机本体还可包括至少一个预混合器，用于在所述工作流体被导入所述至少一个膨胀 器之前使热交换流体与该工作流体混合。
[0030] 该低温发动机还可包括至少一个辅助热交换器，用于在该热交换流体被导入该低 温发动机本体之前将热传递至该热交换流体。
[0031] 该低温发动机和该动力发生系统可彼此耦接，以允许在该低温发动机和该动力发 生系统之间传递热能。该系统还可包括第一传递机构，其被构造成将被该动力发生装置释 放出的废热传递至该低温发动机系统。
[0032] 该低温发动机的热交换流体储罐与该动力发生装置相结合。该第一传递机构被构 造成将从该动力发生装置释放的废热传递至该热交换流体储罐。该热交换流体储罐被构造 成将由该动力发生装置释放的废热进行储存并且该热交换流体储罐是隔热的和/或包括 热能储存机构，如相变材料。
[0033] 可选择地，该动力发生装置可包括排热机构（例如散热器），用于从该动力发生装 置释放出废热。该排热机构可从该系统释放废热。
[0034] 该低温发动机和该动力发生装置可彼此脱接，以允许在该低温发动机不操作时从 该动力发生系统释放废热。替代地或补充，该低温发动机和该动力发生装置可彼此部分脱 接，以允许在该低温发动机操作时通过排热机构从该动力发生系统释放废热。
[0035] 该低温发动机和该动力发生装置可如此彼此耦接，以使得该低温发动机的工作流 体为该动力发生装置提供冷却。
[0036] 该低温发动机和该动力发生装置可如此地彼此耦接，以使得该低温发动机的工作 流体为动力发生装置间歇性地提供冷却。
[0037]例如来自储罐和/或泵和/或喷射器的低温发动机工作流体的汽化可为该动力发 生装置提供冷却。作为替代或补充，可留出该低温发动