CN102072585A - 以柴油机排气余热为热源的液氮发动机驱动制冷循环系统 - Google Patents

以柴油机排气余热为热源的液氮发动机驱动制冷循环系统 Download PDF

Info

Publication number
CN102072585A
CN102072585A CN2010105882700A CN201010588270A CN102072585A CN 102072585 A CN102072585 A CN 102072585A CN 2010105882700 A CN2010105882700 A CN 2010105882700A CN 201010588270 A CN201010588270 A CN 201010588270A CN 102072585 A CN102072585 A CN 102072585A
Authority
CN
China
Prior art keywords
liquid nitrogen
engine
heat exchanger
outlet
compressor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2010105882700A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102072585B (zh
Inventor
元广杰
陈国金
苗晓南
俞小莉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Dianzi University
Original Assignee
Hangzhou Dianzi University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Dianzi University filed Critical Hangzhou Dianzi University
Priority to CN2010105882700A priority Critical patent/CN102072585B/zh
Publication of CN102072585A publication Critical patent/CN102072585A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102072585B publication Critical patent/CN102072585B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/27—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
    • Y02A30/274—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies using waste energy, e.g. from internal combustion engine
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

本发明涉及一种制冷循环系统。传统利用余热驱动制冷循环系统的效率不高。本发明包括制冷系统和液氮发动机系统，液氮发动机系统为制冷系统提供动力；液氮发动机系统包括液氮发动机、气化换热器、柴油机、液氮储罐、废气涡轮机和低温泵，柴油机的排气余热与液氮发动机气缸壁、废气涡轮机和气化换热器进行热交换。制冷系统包括冷凝器、膨胀阀、过冷器、蒸发器、压缩机，压缩机、冷凝器、过冷器、膨胀阀和蒸发器依次连接构成制冷循环。本发明在制冷系统中增加过冷器，从而优化了原有的制冷循环，使得制冷系统的COP大大提高。

Description

以柴油机排气余热为热源的液氮发动机驱动制冷循环系统
技术领域
本发明属于工程热力学技术领域，涉及一种以柴油机排气余热为热源的液氮发动机驱动制冷循环系统。
背景技术
在柴油机燃油燃烧产生的总发热量中，作为动力的能量约为30～40％，而柴油发动机排气总管排入大气的热量与作为动力的能量大致相当。
节能环保是当今社会发展的主题，科技工作者针对柴油机余热利用进行了深入的研究。船用柴油机功率相对较大，并且船舶空间布置相对汽车而言相对容易，并且船舶空调制冷和渔船制冰都消耗了较大能量。因此船用柴油机的余热利用尤其是利用其排温的余热驱动制冷机和制冰机的研究成为主流。
现在研究的较多的船机余热制冷系统分为两种吸收式和吸附式，不论吸收式还是吸附式制冷，其应用于船舶制冷都有不足。吸收式制冷系统的发生器和吸收器等设备需要自由水平面，甚至会应用庞大分馏设备；吸附式制冷系统的非连续制冷特性也使得其应用受到限制。不仅如此，由于其系统应用于柴油机余热利用领域的效率始终处于低水平，导致系统庞大。这是由于船用柴油机排温都在350度以上，但是不论是吸附式还是吸收式制冷系统为了提高系统的能量与热量之间的转换比率(COP)，并且由于工质对匹配和制冷剂物化性质的限制，其系统的冷凝温度一般都在30-40度左右，最高也没有超过70度。根据热力学第二定律，当柴油机400度的排气作为高温热源直接驱动上述两种制冷系统，其实是将高温热源的可用能大部分都浪费掉了，而只利用了大致75度左右的品质热量。这导致了内燃机排气余热利用效率始终很低。
发明内容
本发明的目的是提供一种以柴油机排气余热为热源的液氮发动机驱动制冷循环复合系统，该系统一方面应用柴油机排温能量驱动液氮发动机为制冷循环中的压缩机提供动力，另一方面应用液氮发动机工作过程中的冷量降低制冷循环膨胀阀前制冷剂的过冷温度，从而优化了原有的制冷循环。
本发明采用的技术方案如下：
本发明包括两大部分：制冷系统和液氮发动机系统，液氮发动机系统为制冷系统提供动力。
所述的液氮发动机系统包括液氮发动机、气化换热器、柴油机、液氮储罐、废气涡轮机和低温泵。柴油机的排气管分别与液氮发动机气缸壁、废气涡轮机和气化换热器连接，高温的柴油机排气经气化换热器内的管路后排入外界大气，液氮储罐的出口与低温泵的入口连接，液氮通过低温泵后输入至气化换热器，在气化换热器中与柴油机的排气进行热量交换，经热交换后的液氮转换为氮气驱动液氮发动机；废气涡轮机为低温泵提供动力。
所述的制冷系统包括冷凝器、膨胀阀、过冷器、蒸发器、压缩机；液氮发动机系统中的液氮发动机驱动压缩机，压缩机的出口连接至冷凝器的入口，冷凝器的出口与过冷器的入口连接，过冷器的出口与膨胀阀的入口连接，膨胀阀的出口与蒸发器的入口连接，蒸发器的出口连接至压缩机入口；压缩机、冷凝器、过冷器、膨胀阀和蒸发器构成制冷循环。
本发明具有的有益效果是：
1.在制冷系统中增加过冷器。应用液氮发动机工作过程中的冷量降低制冷循环膨胀阀前制冷剂的过冷温度，从而优化了原有的制冷循环，使得制冷系统的COP大大提高。
2.应用柴油机排温能量驱动液氮发动机为制冷循环中的压缩机提供动力，从而提高了内燃机排气能量的利用率。
3.应用柴油机排温能量驱动液氮发动机系统的低温泵，从而提高了柴油机机排气能量的利用率。
附图说明
图1为本发明的原理图。
图中：1.柴油机，2.气化换热器，3.低温泵，4.液氮储罐，5.废气涡轮机，6.液氮发动机，7.压缩机，8.冷凝器，9.过冷器，10.膨胀阀，11.蒸发器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明
如图1所示，以柴油机排气余热为热源的液氮发动机驱动制冷循环系统包括制冷系统和液氮发动机系统，液氮发动机系统为制冷系统提供动力。
液氮发动机系统包括液氮发动机6、气化换热器2、柴油机1、液氮储罐4、废气涡轮机5和低温泵3。柴油机1的排气管分别与液氮发动机6气缸壁、废气涡轮机5和气化换热器2连接，高温的柴油机1排气经气化换热器2内的管路后排入外界大气，液氮储罐4的出口与低温泵3的入口连接，液氮通过低温泵3后输入至气化换热器2，在气化换热器2中与柴油机1的排气进行热量交换，经热交换后的液氮转换为氮气驱动液氮发动机1；废气涡轮机5为低温泵3提供动力。
制冷系统包括冷凝器8、膨胀阀10、过冷器9、蒸发器11、压缩机7；液氮发动机系统中的液氮发动机6驱动压缩机7，压缩机7的出口连接至冷凝器8的入口，冷凝器8的出口与过冷器9的入口连接，过冷器9的出口与膨胀阀10的入口连接，膨胀阀10的出口与蒸发器11的入口连接，蒸发器11的出口连接至压缩机7入口；压缩机7、冷凝器8、过冷器9、膨胀阀10和蒸发器11构成制冷循环。
在制冷系统中的冷凝器和膨胀阀之间加入过冷器，应用液氮发动机工作过程中的冷量降低制冷循环中膨胀阀前的制冷剂的过冷温度，从而优化了原有的制冷循环，大大提高了原有制冷系统的COP。
活塞式液氮发动机气缸活塞系统应采用相对低速、二冲程、长冲程的利于在膨胀过程换热的结构形式。
系统的工作过程：柴油机排温能量有三种用途：它通过气化换热器与液氮换热，然后液氮吸收能量在液氮发动机中膨胀作功，液氮发动机为制冷循环中的压缩机提供动力；它通过驱动废气涡轮机为低温泵提供动力；它和液氮发动机气缸壁换热，为液氮发动机提供一个近似恒温的一个环境，此时液氮发动机效率最高。
压缩机将蒸发器中的制冷剂吸入，并将其压缩到冷凝压力，然后排至冷凝器，冷凝器将高压制冷剂蒸气冷却并冷凝成液体，此时制冷蒸气放出热量。制冷剂经过过冷器和膨胀阀后，进入蒸发器。过冷器能够降低制冷剂的过冷温度，制冷剂液体流过膨胀阀时，压力由冷凝压力降低到蒸发压力，一部分液体转化为蒸气，制冷剂液体在蒸发器中蒸发成蒸气，以吸收被冷却介质的热量，气化后的蒸气再由压缩机吸入并重复循环。

Claims (1)

1.以柴油机排气余热为热源的液氮发动机驱动制冷循环系统，包括制冷系统和液氮发动机系统，液氮发动机系统为制冷系统提供动力，其特征在于：
所述的液氮发动机系统包括液氮发动机、气化换热器、柴油机、液氮储罐、废气涡轮机和低温泵；柴油机的排气管分别与液氮发动机气缸壁、废气涡轮机和气化换热器连接，高温的柴油机排气经气化换热器内的管路后排入外界大气，液氮储罐的出口与低温泵的入口连接，液氮通过低温泵后输入至气化换热器，在气化换热器中与柴油机的排气进行热量交换，经热交换后的液氮转换为氮气驱动液氮发动机；废气涡轮机为低温泵提供动力；
所述的制冷系统包括冷凝器、膨胀阀、过冷器、蒸发器、压缩机；液氮发动机系统中的液氮发动机驱动压缩机，压缩机的出口连接至冷凝器的入口，冷凝器的出口与过冷器的入口连接，过冷器的出口与膨胀阀的入口连接，膨胀阀的出口与蒸发器的入口连接，蒸发器的出口连接至压缩机入口；压缩机、冷凝器、过冷器、膨胀阀和蒸发器构成制冷循环。
CN2010105882700A 2010-12-07 2010-12-07 以柴油机排气余热为热源的液氮发动机驱动制冷循环系统 Expired - Fee Related CN102072585B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010105882700A CN102072585B (zh) 2010-12-07 2010-12-07 以柴油机排气余热为热源的液氮发动机驱动制冷循环系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010105882700A CN102072585B (zh) 2010-12-07 2010-12-07 以柴油机排气余热为热源的液氮发动机驱动制冷循环系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102072585A true CN102072585A (zh) 2011-05-25
CN102072585B CN102072585B (zh) 2012-11-07

Family

ID=44031230

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010105882700A Expired - Fee Related CN102072585B (zh) 2010-12-07 2010-12-07 以柴油机排气余热为热源的液氮发动机驱动制冷循环系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102072585B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102320236A (zh) * 2011-05-30 2012-01-18 马晓晨 混合式汽车动力系统
CN103775029A (zh) * 2012-10-23 2014-05-07 中国石油天然气集团公司 余热回收液氮蒸发系统
CN103867242A (zh) * 2013-02-28 2014-06-18 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 超低温热源发动机
CN106368744A (zh) * 2016-08-31 2017-02-01 泰豪科技股份有限公司 一种透平发电机及用于该发动机的液氮运输管制造工艺

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3681609A (en) * 1970-12-03 1972-08-01 Harold L Boese Non-pollution motors including cryogenic fluid as the motive means
US4290271A (en) * 1980-03-06 1981-09-22 Waukesha-Pearce Industries, Inc. Nitrogen liquid to gas converter
US5205133A (en) * 1992-01-16 1993-04-27 R & D Technologies, Inc. High efficiency pool heating system
US20060213218A1 (en) * 2005-03-25 2006-09-28 Denso Corporation Fluid pump having expansion device and rankine cycle using the same
CN201903220U (zh) * 2010-12-07 2011-07-20 杭州电子科技大学 一种液氮发动机驱动制冷循环系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3681609A (en) * 1970-12-03 1972-08-01 Harold L Boese Non-pollution motors including cryogenic fluid as the motive means
US4290271A (en) * 1980-03-06 1981-09-22 Waukesha-Pearce Industries, Inc. Nitrogen liquid to gas converter
US5205133A (en) * 1992-01-16 1993-04-27 R & D Technologies, Inc. High efficiency pool heating system
US20060213218A1 (en) * 2005-03-25 2006-09-28 Denso Corporation Fluid pump having expansion device and rankine cycle using the same
CN201903220U (zh) * 2010-12-07 2011-07-20 杭州电子科技大学 一种液氮发动机驱动制冷循环系统

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102320236A (zh) * 2011-05-30 2012-01-18 马晓晨 混合式汽车动力系统
CN102320236B (zh) * 2011-05-30 2017-06-23 马晓晨 混合式汽车动力系统
CN103775029A (zh) * 2012-10-23 2014-05-07 中国石油天然气集团公司 余热回收液氮蒸发系统
CN103775029B (zh) * 2012-10-23 2017-02-08 中国石油天然气集团公司 余热回收液氮蒸发系统
CN103867242A (zh) * 2013-02-28 2014-06-18 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 超低温热源发动机
CN103867242B (zh) * 2013-02-28 2016-01-13 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 超低温热源发动机
CN106368744A (zh) * 2016-08-31 2017-02-01 泰豪科技股份有限公司 一种透平发电机及用于该发动机的液氮运输管制造工艺

Also Published As

Publication number Publication date
CN102072585B (zh) 2012-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105003328B (zh) 一种汽车尾气余热回收利用的冷电联产系统
CN107323217B (zh) 一种余热驱动吸收式制冷辅助过冷的co2汽车空调
CN102563987A (zh) 有机朗肯循环驱动的蒸气压缩制冷装置及方法
CN101408115A (zh) 一种适用于车用发动机余热回收的热力循环系统
CN101644506A (zh) 一种压缩-吸收式制冷机
CN108674126B (zh) 一种利用汽车发动机余热驱动的半效吸收式制冷系统
CN102072585B (zh) 以柴油机排气余热为热源的液氮发动机驱动制冷循环系统
CN203603990U (zh) 冷能液态空气发动机系统
CN201903220U (zh) 一种液氮发动机驱动制冷循环系统
CN103884130B (zh) 一种吸收余热辅助制冷的船舶冷库系统
CN108800651A (zh) 一种基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置
CN202501677U (zh) 有机朗肯循环驱动的蒸气压缩制冷装置
CN104632462A (zh) 新型车辆动力/冷热供能系统及其工作方法
Hu et al. Performance analysis and working fluid selection of organic Rankine steam compression air conditioning driven by ship waste heat
CN103527274A (zh) 冷能液态空气(液氮)发动机体系
CN207113283U (zh) 新型余热制冷装置
CN213631043U (zh) 一种渔船用喷射压缩式制冷系统
CN107289665B (zh) 区域能源供应系统
CN107364564B (zh) 吸收式与热电制冷协同辅助过冷的co2船用制冷系统
CN203837317U (zh) 远洋金枪鱼渔船余热吸收制冷装置
CN203837368U (zh) 余热吸收协调制冷冷库
CN2619212Y (zh) 车船用发动机废热制冷装置
CN209925039U (zh) 一种二氧化碳跨临界循环冷电联产系统
CN107990590B (zh) 一种渔船吸收式制冷装置及其制冷方法
CN208620655U (zh) 一种基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20121107

Termination date: 20151207

EXPY Termination of patent right or utility model