CN102857029A - 柴油发电机组废气余热智能冷却装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了柴油发电机组废气余热智能冷却装置及方法，其包括控制器，分别与控制器连接的动力系统和冷却系统，其还包括连接管路、排气管路、冷凝器和集水槽，动力系统一端与排气管路连接，另一端与冷凝器输入端连接，冷凝器的输出端与连接管路连接；冷却系统包括散热风扇，及依次设在连接管路上的膨胀阀、蒸发器。本发明利用发电机排气管路中的废气的能量来制冷，使发电机内部各部件始终处于最佳的工作环境温度下，发电机此时效率最高，提高了发电机的有用功率，进一步提高了柴油发电机组的效率、延长了发电机的使用寿命；本发明蒸发器中的制冷气在冷却发电机内部温度的同时利用汽化潜热作用，从空气中提取淡水。

Description

柴油发电机组废气余热智能冷却装置及方法

技术领域

本发明涉及柴油发电机组，尤其涉及柴油发电机组废气余热智能冷却装置及方法。

背景技术

柴油发电机组以其重量轻、结构简单、功率密度大广泛应用在各行各业中，柴油发电机组一般由三大部分组成，具体为：柴油发动机、发电机、控制系统三大部分。柴油发动机是核心，提供驱动力，目前商用柴油机热效率最高为43%，废气和冷却水占总能量的41%以上，其中以废气排放能量占比例最大，约为总能量的30%，如果废气的能量能够回收利用将大大提高柴油发电机组的热效率。在柴油发电机组中温升对发电机的额定功率和寿命影响最大，常用的发电机组环境温度如果超过40度，额定功率将下降，寿命也将缩短。经研究发现，如果环境温度超过60度，那么发电机寿命将缩短14%，功率下降12%。

在实际使用中，大部分的柴油发电机组使用的环境相当恶劣。一般存在高温、高湿度、高尘。特别是有静音箱的低噪音柴油发电机组和在热带地区或者沙漠中使用的柴油发电机组，以上状况尤为突出，发电机绕组因为长期不在最佳环境状态下工作，导致实际寿命大大降低，并且实际功率往往比额定功率小很多，使发电机组功率下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种可提高发电机的有用功率、延长发电机的使用寿命、且可从空气中提取水分进行制造淡水的柴油发电机组废气余热智能冷却装置及方法。

为实现上述目的，本发明柴油发电机组废气余热智能冷却装置，其包括控制器，分别与控制器连接的动力系统和冷却系统，其还包括连接管路、排气管路、冷凝器和集水槽，动力系统一端与排气管路连接，另一端与冷凝器输入端连接，冷凝器的输出端与连接管路连接；冷却系统包括散热风扇，及依次设在连接管路上的膨胀阀和蒸发器，散热风扇设于发电机的排气口，并排出空气，然后从进风口端吸入空气，吸入的空气流入蒸发器；冷凝器中的制冷气体经连接管路上的膨胀阀后送入蒸发器，集水槽设于蒸发器底部，蒸发器的输出端通过连接管路与动力系统连接，与冷凝器形成循环回路。

所述动力系统包括废气涡轮、减速器和压缩机，废气涡轮设于柴油机排气管中，废气涡轮与减速器输入端连接，减速器输出端连接压缩机输入端，压缩机的输出端连接冷凝器的输入端。

所述压缩机内设有比例控制阀，比例控制阀分别与压缩机的输入端和输出端连通。比例控制阀使得压缩机具有卸荷起动和排量调节的功能，通过控制比例控制阀的开度来实现压缩机排量的变化，比例控制阀使压缩机从0%排量到100%排量的任意排量变化。在发电机刚运行时，比例控制阀门处于全开状态，此时压缩机排量为0。控制器接收冷凝器输入端连接管路内的高压压力传感器信号，获取压力值，当压力在120KPa以下时，比例控制阀门保持全开，膨胀阀全开时冷凝器输入端连接管路中的最高压力达到620KPa，在这个过程中，控制器根据高压压力传感器信号向比例控制阀发出比例控制信号，控制阀门以1：1的比例关闭，如果冷凝器输入端连接管路中的压力为220KPa，比例控制阀门会关闭20%。

本发明的压缩机具有排气压力过大的保护功能，当压缩机排气压力过大时，控制器控制加大比例控制阀的开度，降低排气压力。另外，本发明的压缩机还具有过载保护功能。因为废气涡轮输出的轴功率受柴油发电机组运行功率的限制制约，当压缩机负荷过重的情况下，超过涡轮输出的轴功率，则压缩机会过载停止运行，造成涡轮损坏，所以当压缩机的转速降低到100RPM以下时，控制器检测到压缩机的转速，然后控制器会发出指令，加大比例控制阀的开度，减少压缩机的功率,直到压缩机恢复正常。

所述冷却系统还包括设于连接管路上的净水系统和储水系统，集水槽中的积水由连接管路流经净水系统，进入储水系统中。

所述冷凝器输入端的连接管路上设有高压压力传感器，膨胀阀输入端的连接管路上设有第一压力传感器，蒸发器输出端的连接管路上设有第二压力传感器；高压压力传感器、第一压力传感器和第二压力传感器分别与控制器连接。

所述发电机进风口端设有过滤网，过滤网另一端依次设有蒸发器和除湿器，吸入的空气经过滤网后进入蒸发器，经蒸发器冷却后再经除湿器除湿进入发电机。

所述冷却装置还包括分别与控制器连接的环境温度传感器、风速传感器和排风温度传感器，环境温度传感器设于发电机进风口端的滤网上，风速传感器设于除湿器上，排风温度传感器设于发电机的排气口一侧。

本发明柴油发电机组废气余热智能冷却装置的冷却方法，其包括以下步骤：

1）柴油机排气管路中的高温高压废气冲击废气涡轮，从而带动废气涡轮高速转动，经减速器减速传动，带动压缩机工作，压缩机将低压高温制冷气体压缩成高温高压制冷气体，并将高温高压制冷气体在压差的作用下流向冷凝器；

2）发电机排气口的散热风扇排出发电机内的热空气，然后从发电机进风口端吸入空气，吸入的空气经过滤网过滤后流入蒸发器；

3）冷凝器将其内的高温高压制冷气体散发热量转为饱和的高压过冷气体，饱和的高压过冷气体在气压作用下流入连接管路；

4）控制器根据发电机进风口前的环境温度传感器、膨胀阀输入端的连接管路上的第一压力传感器、除湿器上的风速传感器以及柴油机排气管路中的排风温度传感器的信号，控制器计算出膨胀阀开度值，并给膨胀阀发送该开度信号，膨胀阀接收到该信号对过饱和的高压冷气体进行节流，饱和的高压过冷气体进入蒸发器的换热管中，与流经蒸发器换热管外的空气进行热交换，蒸发器外的空气降温过饱和，空气中的水分析出凝结成水珠凝结在蒸发器换热管表面，在重力的作用下流入蒸发器底部的集水槽中，集水槽中的水经净水系统净化后储存于储水系统中；吸入的冷却空气经过除湿器除湿后进入发电机，使发电机绕组处于最佳工作环境温度；

以上过程中，控制器根据发电机进风口前的环境温度传感器、膨胀阀输入端的连接管路上的第一压力传感器、除湿器上的风速传感器以及柴油机排气管路中的排风温度传感器的信号，调整膨胀阀开度，从而使进入发电机冷却发电机组的绕组空气处于最佳冷却温度，使发电机绕组始终工作在最佳环境温度下，发电机此时效率最高，提高了发电机的有用功率，进一步提高了柴油发电机组的效率、还有延长发电机的使用寿命；

5）蒸发器换热管中的饱和高压过冷气体与蒸发器外的空气热交换后，吸收了大量热量转变为低压高温制冷气，并通过蒸发器输出端的连接管路回到压缩机中，进入下一次的循环。

所述步骤1）中，由于控制器与压缩机上的比例控制阀连接，控制器控制比例控制阀的开度，进行调节压缩机的进气与排气比例，进而控制压缩机排量；当柴油发电机组刚运行时，比例控制阀处于全打开状态，此时压缩机排量为0；控制器根据蒸发器输出端连接管路上的第二压力传感器信号，获取压力值，当压力值在120KPa以下时，比例控制阀保持全开，压缩机排量为0；当压缩机工作一段时间后，控制器根据蒸发器管输出端连接管路上的第二压力传感器信号，实时调整比例控制阀的开度。

所述步骤5）中，当蒸发器输出端的连接管路中的低压高温制冷气压力达到120KPa的时候，控制器从蒸发器输出端的第二压力传感器中收到这一信号，控制器开始减小比例控制阀的开度，压缩机排量变大。

本发明的优点有：

（1）本发明采用以上的结构，利用柴油机排气管路中的废气的能量来制冷，使发电机散热进风温度始终保持在35度以下，使发电机内部各部件始终处于最佳的工作环境温度下，发电机此时效率最高，提高了发电机的有用功率，进一步提高了柴油发电机组的效率、延长了发电机的使用寿命；同时回收利用了废气的能量，提高了柴油机的热效率。

（2）本发明蒸发器中的制冷气在冷却发电机内部温度的同时利用汽化潜热作用，从空气中提取淡水，可供柴油机使用，从而不仅达到冷却发电机内部温度的目的，而且不消耗额外的能量从空气中提取淡水。

（3）本发明的整个冷却装置由控制器自动控制，因控制器工作智能化自动化，无需人工干预。因控制器中预存了相关的运行程序，使整个冷却装置能够根据情况自动运行，而且能够针对发电机内部的情况，选取不同的措施，具有人工智能功能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明柴油发电机组废气余热智能冷却装置的结构示意图；

图2为本发明柴油发电机组的结构示意图。

具体实施方式

如图1或图2所示，本发明柴油发电机组废气余热智能冷却装置，其包括控制器1，分别与控制器1连接的动力系统2和冷却系统3，其还包括连接管路4、排气管路5、冷凝器6和集水槽13，动力系统2一端与排气管路4连接，另一端与冷凝器6输入端连接，冷凝器6的输出端与连接管路4连接；冷却系统3包括散热风扇31，及依次设在连接管路上的膨胀阀32和蒸发器33，散热风扇31设于发电机7的排气口71，并排出空气，然后从进风口端72吸入空气，吸入的空气流入蒸发器33；冷凝器6中的制冷气体经连接管路4上的膨胀阀32后送入蒸发器33，集水槽13设于蒸发器33底部，蒸发器33的输出端通过连接管路4与动力系统2连接，与冷凝器6形成循环回路。

所述动力系统2包括废气涡轮21、减速器22和压缩机23，废气涡轮21设于柴油机14排气管5中，废气涡轮21与减速器22输入端连接，减速器22输出端连接压缩机23输入端，压缩机23的输出端连接冷凝器6的输入端。

所述压缩机23内设有比例控制阀24，比例控制阀24分别与压缩机23的输入端和输出端连通。

所述冷却系统3还包括设于连接管路4上的净水系统34和储水系统35，集水槽13中的积水由连接管路4流经净水系统34，进入储水系统35中。

所述冷凝器6输入端的连接管路4上设有高压压力传感器61，膨胀阀32输入端的连接管路上设有第一压力传感器321，蒸发器33输出端的连接管路4上设有第二压力传感器331；高压压力传感器61、第一压力传感器321和第二压力传感器331分别与控制器1连接。

所述发电机进风口端72设有过滤网8，过滤网8另一端依次设有蒸发器33和除湿器9，吸入的空气经过滤网8后进入蒸发器33，经蒸发器33冷却后再经除湿器9除湿进入发电机7。

所述冷却装置3还包括分别与控制器1连接的环境温度传感器10、风速传感器11和排风温度传感器12，环境温度传感器10设于发电机进风口端72的滤网8上，风速传感器11设于除湿器9上，排风温度传感器12设于发电机7的排气口71一侧。

本发明柴油发电机组废气余热智能冷却装置的冷却方法，其包括以下步骤：

1）柴油机排气管路5中的高温废气排出冲击废气涡轮21，从而带动废气涡轮21高速转动，经减速器22减速传动，带动压缩机23工作，压缩机23将低压高温制冷气体压缩成高温高压制冷气体，并将高温高压制冷气体在压差的作用下流向冷凝器6；

2）发电机排气口71的散热风扇31排出发电机7内的热空气，然后从发电机进风口端72吸入空气，吸入的空气经过滤网8过滤后流入蒸发器33；

3）冷凝器6将其内的高温高压制冷气体散发热量转为过饱和的高压过冷气体，该饱和的高压过冷气体在气压作用下流入连接管路4；

4）控制器1根据发电机进风口72前的环境温度传感器10、膨胀阀32输入端的连接管路4上的第一压力传感器321、除湿器9上的风速传感器11以及发电机排气口71一侧中的排风温度传感器12的信号，控制器1计算出膨胀阀32开度值，并给膨胀阀32发送该开度信号，膨胀阀32接收到该信号对过饱和的高压冷气体进行节流，饱和的高压过冷气体进入蒸发器33的换热管332中，与流经蒸发器换热管332外的空气进行热交换，蒸发器33外的空气降温过饱和，空气中的水分析出凝结成水珠凝结在蒸发器换热管332表面，在重力的作用下流入蒸发器33底部的集水槽13中，集水槽13中的水经净水系统34净化后储存于储水系统35中；吸入的冷却空气经过除湿器9除湿后进入发电机7，使发电机绕组处于最佳工作环境温度；

以上过程中，控制器1根据发电机进风口72前的环境温度传感器10、膨胀阀32输入端的连接管路4上的第一压力传感器321、除湿器9上的风速传感器11以及发电机排风口71一侧的排风温度传感器12的信号，调整膨胀阀32开度，从而使进入发电机内冷却发电机绕组的空气处于最佳冷却温度，使发电机绕组始终工作在最佳环境温度下，发电机7此时效率最高，提高了发电机7的有用功率，进一步提高了柴油发电机组的效率、还有延长发电机7的使用寿命；

5）蒸发器换热管332中的饱和高压过冷气体与蒸发器33外的空气热交换后，吸收了大量热量转变为低压高温制冷气，并通过蒸发器33输出端的连接管路4回到压缩机23中，进入下一次的循环。当蒸发器33输出端的连接管路4中的低压高温制冷气压力达到120KPa的时候，控制器1从蒸发器22输出端的第二压力传感器331中收到这一信号，控制器1开始减小比例控制阀24的开度，压缩机23排量变大。

所述步骤1中，由于控制器1与压缩机23上的比例控制阀24连接，控制器1控制比例控制阀24的开度，进行调节压缩机23的进气与排气比例，进而控制压缩机23排量；当发电机7刚运行时，比例控制阀24处于全打开状态，此时压缩机23排量为0；控制器1根据蒸发器33输入端连接管路4上的第二压力传感器信号331信号，获取压力值，当压力值在120KPa以下时，比例控制阀24保持全开，压缩机排量为0；当压缩机23工作一段时间后，控制器1根据蒸发器33输入端连接管路4上的第二压力传感器331信号，实时调整比例控制阀24的开度。

Claims (10)

1.柴油发电机组废气余热智能冷却装置，其特征在于：其包括控制器，分别与控制器连接的动力系统和冷却系统，其还包括连接管路、排气管路、冷凝器和集水槽，动力系统一端与排气管路连接，另一端与冷凝器输入端连接，冷凝器的输出端与连接管路连接；冷却系统包括散热风扇，及依次设在连接管路上的膨胀阀和蒸发器，散热风扇设于发电机的排气口，并排出空气，然后从进风口端吸入空气，吸入的空气流入蒸发器；冷凝器中的制冷气体经连接管路上的膨胀阀后送入蒸发器，集水槽设于蒸发器底部，蒸发器的输出端通过连接管路与动力系统连接，与冷凝器形成循环回路。

2.根据权利要求1所述的柴油发电机组废气余热智能冷却装置，其特征在于：所述动力系统包括废气涡轮、减速器和压缩机，废气涡轮设于柴油机排气管中，废气涡轮与减速器输入端连接，减速器输出端连接压缩机输入端，压缩机的输出端连接冷凝器的输入端。

3.根据权利要求2所述的柴油发电机组废气余热智能冷却装置，其特征在于：所述压缩机内设有比例控制阀，比例控制阀分别与压缩机的输入端和输出端连通。

4.根据权利要求3所述的柴油发电机组废气余热智能冷却装置，其特征在于：所述冷却系统还包括设于连接管路上的净水系统和储水系统，集水槽中的积水由连接管路流经净水系统，进入储水系统中。

5.根据权利要求1所述的柴油发电机组废气余热智能冷却装置，其特征在于：所述冷凝器输入端的连接管路上设有高压压力传感器，膨胀阀输入端的连接管路上设有第一压力传感器，蒸发器输出端的连接管路上设有第二压力传感器；高压压力传感器、第一压力传感器和第二压力传感器分别与控制器连接。

6.根据权利要求1所述的柴油发电机组废气余热智能冷却装置，其特征在于：所述发电机进风口端设有过滤网，过滤网另一端依次设有蒸发器和除湿器，吸入的空气经过滤网后进入蒸发器，经蒸发器冷却后再经除湿器除湿进入发电机。

7.根据权利要求6所述的柴油发电机组废气余热智能冷却装置，其特征在于：所述冷却装置还包括分别与控制器连接的环境温度传感器、风速传感器和排风温度传感器，环境温度传感器设于发电机进风口端的滤网上，风速传感器设于除湿器上，排风温度传感器设于发电机的排气口一侧。

8.柴油发电机组废气余热智能冷却装置的冷却方法，其特征在于：其包括以下步骤：

1）柴油机排气管路中的高温高压废气冲击废气涡轮，从而带动废气涡轮高速转动，经减速器减速传动，带动压缩机工作，压缩机将低压高温制冷气体压缩成高温高压制冷气体，并将高温高压制冷气体在压差的作用下流向冷凝器；

2）发电机排气口的散热风扇排出发电机内的热空气，然后从发电机进风口端吸入空气，吸入的空气经过滤网过滤后流入蒸发器；

3）冷凝器将其内的高温高压制冷气体散发热量转为饱和的高压过冷气体，饱和的高压过冷气体在气压作用下流入连接管路；

4）控制器根据发电机进风口前的环境温度传感器、膨胀阀输入端的连接管路上的第一压力传感器、除湿器上的风速传感器以及柴油机排气管路中的排风温度传感器的信号，控制器计算出膨胀阀开度值，并给膨胀阀发送该开度信号，膨胀阀接收到该信号对过饱和的高压冷气体进行节流，饱和的高压过冷气体进入蒸发器的换热管中，与流经蒸发器换热管外的空气进行热交换，蒸发器外的空气降温过饱和，空气中的水分析出凝结成水珠凝结在蒸发器换热管表面，在重力的作用下流入蒸发器底部的集水槽中，集水槽中的水经净水系统净化后储存于储水系统中；吸入的冷却空气经过除湿器除湿后进入发电机，使发电机绕组处于低温的工作环境温度；

5）蒸发器换热管中的饱和高压过冷气体与蒸发器外的空气热交换后，吸收了大量热量转变为低压高温制冷气，并通过蒸发器输出端的连接管路回到压缩机中，进入下一次的循环。

9.根据权利要求8所述的柴油发电机组废气余热智能冷却装置的冷却方法，其特征在于：所述步骤1）中，由于控制器与压缩机上的比例控制阀连接，控制器控制比例控制阀的开度，进行调节压缩机的进气与排气比例，进而控制压缩机排量；当柴油发电机组刚运行时，比例控制阀处于全打开状态，此时压缩机排量为0；控制器根据蒸发器输出端连接管路上的第二压力传感器信号，获取压力值，当压力值在120KPa以下时，比例控制阀保持全开，压缩机排量为0；当压缩机工作一段时间后，控制器根据蒸发器管输出端连接管路上的第二压力传感器信号，实时调整比例控制阀的开度。

10.根据权利要求8所述的柴油发电机组废气余热智能冷却装置的冷却方法，其特征在于：所述步骤5）中，当蒸发器输出端的连接管路中的低压高温制冷气压力达到120KPa的时候，控制器从蒸发器输出端的第二压力传感器中收到这一信号，控制器开始减小比例控制阀的开度，压缩机排量变大。

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