CN103615826A - 内燃机余热双工质引射制冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内燃机余热双工质引射制冷系统，包括内燃机冷却水道、排气热交换器、冷却水道热交换器和射流泵，所述内燃机冷却水道经循环水泵与所述冷却水道热交换器的加热流体通道连通，所述冷却水道热交换器的被加热流体通道的工质出口与所述排气热交换器的被加热流体通道入口连通，所述排气热交换器的被加热流体通道的工质出口与所述射流泵的动力流体入口连通，所述射流泵的低压气体入口与吸热器连通，所述射流泵的气体出口与冷凝冷却器连通，所述冷凝冷却器的液体出口经节流控制阀或经节流结构与所述吸热器连通，所述冷凝冷却器的液体出口经加压泵与所述冷却水道热交换器的被加热流体通道工质入口连通。本发明结构简单，效率高，成本低。

Description

内燃机余热双工质引射制冷系统

技术领域

本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种内燃机余热双工质引射制冷系统。

背景技术

利用内燃机余热制冷的技术方案很多，但结构复杂，制造成本高，因此，需要发明一种结构简单的制造成本低的利用内燃机余热的制冷单元。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：

方案一：一种内燃机余热双工质引射制冷系统，包括内燃机冷却水道、排气热交换器、冷却水道热交换器和射流泵，所述内燃机冷却水道经循环水泵与所述冷却水道热交换器的加热流体通道连通，所述冷却水道热交换器的被加热流体通道的工质出口与所述排气热交换器的被加热流体通道的工质入口连通，所述排气热交换器的被加热流体通道的工质出口与所述射流泵的动力流体入口连通，所述射流泵的低压气体入口与吸热器连通，所述射流泵的气体出口与冷凝冷却器连通，所述冷凝冷却器的液体出口经节流控制阀或经节流结构与所述吸热器连通，所述冷凝冷却器的液体出口经加压泵与所述冷却水道热交换器的被加热流体通道的工质入口连通。

方案二：在方案一的基础上，在所述冷却水道热交换器上设附属被加热流体通道，所述附属被加热流体通道的流体出口与附属射流泵的动力流体入口连通，所述附属射流泵的低压气体入口与附属吸热器连通，所述附属射流泵的气体出口与附属冷凝冷却器连通，所述附属冷凝冷却器的液体出口经节流控制阀或经节流结构与所述附属吸热器连通，所述附属冷凝冷却器经附属加压泵与所述附属被加热流体通道的流体入口连通。

  方案三：一种内燃机余热双工质引射制冷系统，包括内燃机冷却水道、排气热交换器、冷却水道热交换器和射流泵，所述内燃机冷却水道经循环水泵与所述冷却水道热交换器的加热流体通道连通，所述冷却水道热交换器的被加热流体通道的出口经压气机与所述排气热交换器的被加热流体通道的工质入口连通，所述排气热交换器的被加热流体通道的工质出口与所述射流泵的动力流体入口连通，所述射流泵的低压气体入口与吸热器连通，所述射流泵的气体出口与冷凝冷却器连通，所述冷凝冷却器的液体出口经节流控制阀或经节流结构与所述吸热器连通。

方案四：在方案三的基础上，在所述冷却水道热交换器上设附属被加热流体通道，所述附属被加热流体通道的流体出口与附属射流泵的动力流体入口连通，所述附属射流泵的低压气体入口与附属吸热器连通，所述附属射流泵的气体出口与附属冷凝冷却器连通，所述附属冷凝冷却器的液体出口经节流控制阀或经节流结构与所述附属吸热器连通，所述附属冷凝冷却器经附属加压泵与所述附属被加热流体通道的流体入口连通。

方案五：在方案三的基础上，所述冷凝冷却器的液体出口与所述冷却水道热交换器的被加热流体通道的工质入口连通。

方案六：在方案五的基础上，在所述冷却水道热交换器上设附属被加热流体通道，所述附属被加热流体通道的流体出口与附属射流泵的动力流体入口连通，所述附属射流泵的低压气体入口与附属吸热器连通，所述附属射流泵的气体出口与附属冷凝冷却器连通，所述附属冷凝冷却器的液体出口经节流控制阀或经节流结构与所述附属吸热器连通，所述附属冷凝冷却器经附属加压泵与所述附属被加热流体通道的流体入口连通。

方案七：在方案三的基础上，所述冷凝冷却器的液体出口经加压泵与所述冷却水道热交换器的被加热流体通道的工质入口连通。

方案八：在方案一、方案二或方案七任一方案的基础上，所述加压泵的出口处的工质压力大于0.15MPa。

方案九：在方案一至方案八中任一方案的基础上，所述排气热交换器设为对流式排气热交换器。

方案十：在方案一至方案九任一方案的基础上，所述冷却水道热交换器设为对流式冷却水道热交换器。

方案十一：在方案一至方案十中任一方案的基础上，所述内燃机冷却水道的承压能力大于0.15MPa。

方案十二：在方案一至方案十一中任一方案的基础上，所述冷凝冷却器设为晾水塔。

方案十三：在方案一至方案十二中任一方案的基础上，所述吸热器设为包括蒸发器、液体泵和冷却降温热交换器，并按照所述蒸发器上的液体出口经所述液体泵与所述冷却降温热交换器的被加热流体通道的工质入口连通，所述冷却降温热交换器的被加热流体通道的工质出口与所述蒸发器上的液体入口连通的方式连通的吸热系统。

本发明中，选择性地，制冷循环的工质的沸点低于所述内燃机冷却水道中的冷却液体的沸点。

本发明中，在某些结构中，通过设置所述加压泵，在不增加或少增加所述内燃机冷却水道承压能力的前提下，将设在排气道上的所述排气热交换器的被加热流体通道内的流体压力提高进而获得更高温度和压力的蒸汽，最终提高制冷效率。

本发明中，可以选择性地设置润滑油热交换器，使制冷工质在进入设在排气道上的所述排气热交换器之前流过润滑油热交换器的被加热流体通道以回收润滑系统的余热。

本发明中，所述内燃机冷却水道包括设置在机体内的以冷却气缸套为主要目的的冷却水道和设置在气缸盖内的冷却水道。

本发明中，由于所述内燃机冷却水道的冷却状况是保证内燃机正常工作的重要条件，一般说来，内燃机冷却水道内的流体的质量流量很大，而且不能发生汽化，所以，如果直接将所述内燃机冷却水道内的流体导入所述排气热交换器的被加热流体通道中，很难形成具有可观做功能力（具有可观压力和温度）的其它工质，这也是严重影响内燃机余热利用的问题。

本发明中，在所述冷却水道热交换器的被加热流体通道中可发生汽化过程。

本发明中，在所述排气热交换器的被加热流体通道中可发生临界化、超临界化、超超临界化或过热化的过程。

本发明中，所谓的“吸热器”是通过真空作用使液体汽化降温，从而实现从外部吸收热量的装置，例如以制冷为目的空调室内换热器。

本发明中，设置所述附属吸热器及其关联系统的目的是在系统中形成温度不同的两个制冷系统，在这种结构中，所述附属吸热器可做空调的冷源，所述吸热器可做冷藏冷冻的冷源。

本发明中，所述吸热器产生的冷源可单独或同时作为空调的冷冻和冷藏的冷源。

本发明中，选择性地，所述内燃机冷却水道的承压能力可以设为大于0.15MPa、0.2MPa、0.25MPa、0.3MPa、0.35MPa、0.4MPa、0.45MPa、0. 5MPa、0.55MPa、0.6MPa、0.65MPa、0.7MPa、0.75MPa、0.8MPa、0.85MPa、0.9MPa、0.95MPa或大于1MPa。

本发明中，所述内燃机冷却水道中内部工质的压力与其承压能力相匹配，即所述内燃机冷却水道内部工质的最大压力达到所述内燃机冷却水道的承压能力。

本发明中，在某些结构中，将所述内燃机冷却水道的承压能力提高以获得更高温度和压力的蒸汽，进而提高制冷效率。

本发明中，所谓的“热交换器的被加热流体通道”是指设置在热交换器上的用于供被加热流体通过的通道，所谓的“热交换器的加热流体通道”是指设置在热交换器上的用于供加热流体通过的通道，在热交换器中，温度升高的流体称为被加热流体，温度降低的流体称为加热流体。

本发明中，所述排气热交换器、所述冷却水道热交换器和所述冷却降温热交换器都是热交换器，名称不同是为了区分而加以定义的。

本发明中，本发明中，所谓的“附属”是为了区分两个结构而定义的，并不代表结构的实质差别，例如所述被加热流体通道和所述附属被加热流体通道都是热交换器上供被加热流体通过的通道，只是为了区分而定义，等等。

本发明中，设置所述节流控制阀或节流结构还可以控制流动阻力。

本发明中，所谓的“射流泵”是指通过动力流体引射非动力流体，两流体相互作用从一个出口排出的装置；所谓的射流泵可以是传统射流泵，也可以是非传统射流泵。

本发明中，所谓的“传统射流泵”是指由两个套装设置的管构成的，向内管提供高压动力流体，内管高压动力流体在外管内喷射，在内管高压动力流体喷射和外管的共同作用下使内外管之间的其他流体（从外管进入的流体）沿内管高压动力流体的喷射方向产生运动的装置；所谓射流泵的外管可以有缩扩区，外管可以设为文丘里管，内管喷嘴可以设为拉瓦尔喷管，所谓的缩扩区是指外管内截面面积发生变化的区域；所述射流泵至少有三个接口或称通道，即动力流体入口、低压气体入口和气体出口。

本发明中，所谓的“非传统射流泵”是指由两个或两个以上相互套装设置或相互并列设置的管构成的，其中至少一个管与动力流体源连通，并且动力流体源中的动力流体的流动能够引起其他管中的流体产生定向流动的装置；所谓射流泵的管可以有缩扩区，可以设为文丘里管，管的喷嘴可以设为拉瓦尔喷管，所谓的缩扩区是指管内截面面积发生变化的区域；所述射流泵至少有三个接口或称通道，即动力流体入口、低压气体入口和气体出口；所述射流泵可以包括多个动力流体入口，在包括多个动力流体入口的结构中，所述动力流体入口可以布置在所述低压气体入口的管道中心区，也可以布置在所述低压气体入口的管道壁附近，所述动力流体入口也可以是环绕所述低压气体入口管道壁的环形喷射口。

本发明中，所述射流泵包括多级射流泵，多股射流泵和脉冲射流泵等。

本发明中，所述加压泵的出口处的工质压力可以设为大于0.15MPa、0.2MPa、0.25MPa、0.3MPa、0.35MPa、0.4MPa、0.45MPa、0. 5MPa、0.55MPa、0.6MPa、0.65MPa、0.7MPa、0.75MPa、0.8MPa、0.85MPa、0.9MPa、0.95MPa或大于1MPa。

本发明中，应根据制冷温度的需求调整制冷循环的工质，即通过所述射流泵的工质或通过所述射流泵或所述附属射流泵的工质。

本发明中，应根据热能与动力领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或系统等。

本发明的有益效果如下：

本发明的所述内燃机余热双工质引射制冷系统，结构简单，效率高，成本低。

附图说明

图1所示的是本发明实施例1的结构示意图；

图2所示的是本发明实施例2的结构示意图；

图3所示的是本发明实施例3的结构示意图；

图4所示的是本发明实施例4的结构示意图；

图5所示的是本发明实施例5的结构示意图；

图6所示的是本发明实施例6的结构示意图，

图中：

1内燃机冷却水道、2排气热交换器、3冷却水道热交换器、4射流泵、5循环水泵、6吸热器、601蒸发器、602液体泵、603冷却降温热交换器、7冷凝冷却器、701晾水塔、8节流控制阀、81节流结构、9加压泵、10压气机、11附属被加热流体通道、12附属射流泵、13附属吸热器、14附属冷凝冷却器、15附属加压泵。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的内燃机余热双工质引射制冷系统，包括内燃机冷却水道1、排气热交换器2、冷却水道热交换器3和射流泵4，所述内燃机冷却水道1经循环水泵5与所述冷却水道热交换器3的加热流体通道连通，所述冷却水道热交换器3的被加热流体通道的工质出口与所述排气热交换器2的被加热流体通道的工质入口连通，所述排气热交换器2的被加热流体通道的工质出口与所述射流泵4的动力流体入口连通，所述射流泵4的低压气体入口与吸热器6连通，所述射流泵4的气体出口与冷凝冷却器7连通，所述冷凝冷却器7的液体出口经节流控制阀8与所述吸热器6连通，所述冷凝冷却器7的液体出口经加压泵9与所述冷却水道热交换器3的被加热流体通道的工质入口连通。

本实施例中，所述排气热交换器2设为对流式排气热交换器；所述冷却水道热交换器3设为对流式冷却水道热交换器；所述加压泵9出口处的工质压力为0.25MPa；所述内燃机冷却水道1的承压能力为0.25MPa。

本发明中的所有实施方式均将所述排气热交换器2设为了对流式排气热交换器，本发明中的所有实施方式也均将所述冷却水道热交换器3设为了对流式冷却水道热交换器，作为可以变换的实施方式，所述排气热交换器2和所述冷却水道热交换器3均可选择的采用其他形式，比如采用加热流体通道内的工质流动方向被加热流体通道内的工质流动方向相同的结构形式。

实施例2

如图2所示的内燃机余热双工质引射制冷系统，包括内燃机冷却水道1、排气热交换器2、冷却水道热交换器3和射流泵4，所述内燃机冷却水道1经循环水泵5与所述冷却水道热交换器3的加热流体通道连通，所述冷却水道热交换器3的被加热流体通道的工质出口经压气机10与所述排气热交换器2的被加热流体通道的工质入口连通，所述排气热交换器2的被加热流体通道的工质出口与所述射流泵4的动力流体入口连通，所述射流泵4的低压气体入口与吸热器6连通，所述射流泵4的气体出口与冷凝冷却器7连通，所述冷凝冷却器7的液体出口经节流控制阀8与所述吸热器6连通，所述冷凝冷却器7的液体出口与所述冷却水道热交换器3的被加热流体通道的工质入口连通。

所述内燃机冷却水道1的承压能力为0.35MPa。

实施例3

如图3所示的内燃机余热双工质引射制冷系统，其与实施例1的区别在于：所述吸热器6设为包括蒸发器601、液体泵602、冷却降温热交换器603，并按照所述蒸发器601上的液体出口经所述液体泵602与所述冷却降温热交换器603的被加热流体通道的工质入口连通，所述冷却降温热交换器603的被加热流体通道的工质出口与所述蒸发器601上的液体入口连通的方式连通的吸热系统。

所述内燃机冷却水道1的承压能力为0.45MPa。

本发明中，所有实施方式均可将所述吸热器设为本实施例中的所述吸热系统。

实施例4

如图4所示的内燃机余热双工质引射制冷系统，其与实施例3的区别在于：所述冷凝冷却器7设为晾水塔701，所述内燃机冷却水道1的承压能力为0.55MPa。

可选择地，在所述蒸发器601与所述冷却降温热交换器603之间的连通通道上设节流控制阀或设节流结构，所述内燃机冷却水道1的承压能力为0.65MPa。

本发明中，所有实施方式均可参照本实施例，将所述冷凝冷却器7设为晾水塔701。

实施例5

如图5所示的内燃机余热双工质引射制冷系统，其与实施例2的区别在于：

所述冷凝冷却器7的液体出口经加压泵9与所述冷却水道热交换器3的被加热流体通道的工质入口连通，将设置节流结构81代替所述节流控制阀8，所述内燃机冷却水道1的承压能力为0.65MPa。

本发明的所有设有所述压气机10的实施方式中，都可参照本实施例设置所述加压泵9。

本发明的所有实施方式中，也可以参照本实施例设置节流结构81代替所述节流控制阀8。

实施例6

如图6所示的内燃机余热双工质引射制冷系统，其与实施例1的区别在于：在所述冷却水道热交换器3上设附属被加热流体通道11，所述附属被加热流体通道11的流体出口与附属射流泵12的动力流体入口连通，所述附属射流泵12的低压气体入口与附属吸热器13连通，所述附属射流泵12的气体出口与附属冷凝冷却器14连通，所述附属冷凝冷却器14的液体出口经节流控制阀8与所述附属吸热器13连通，所述附属冷凝冷却器14经附属加压泵15与所述附属被加热流体通道连通，所述内燃机冷却水道1的承压能力为0.75MPa。

本发明中，所有实施方式均可参照本实施例，增设附属被加热流体通道11及其关联结构。

本发明的各实施方式中的所述内燃机冷却水道的承压能力不受该实施例中的限定的限制，可在本发明给出的范围内根据需要选择。

本发明的设有所述加压泵9的实施方式中，可选择性地设置所述加压泵9的出口处的工质压力可以设为大于0.15MPa、0.2MPa、0.25MPa、0.3MPa、0.35MPa、0.4MPa、0.45MPa、0. 5MPa、0.55MPa、0.6MPa、0.65MPa、0.7MPa、0.75MPa、0.8MPa、0.85MPa、0.9MPa、0.95MPa或大于1MPa。

显然，本发明不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种内燃机余热双工质引射制冷系统，包括内燃机冷却水道（1）、排气热交换器（2）、冷却水道热交换器（3）和射流泵（4），其特征在于：所述内燃机冷却水道（1）经循环水泵（5）与所述冷却水道热交换器（3）的加热流体通道连通，所述冷却水道热交换器（3）的被加热流体通道的工质出口与所述排气热交换器（2）的被加热流体通道的工质入口连通，所述排气热交换器（2）的被加热流体通道的工质出口与所述射流泵（4）的动力流体入口连通，所述射流泵（4）的低压气体入口与吸热器（6）连通，所述射流泵（4）的气体出口与冷凝冷却器（7）连通，所述冷凝冷却器（7）的液体出口经节流控制阀（8）或经节流结构（81）与所述吸热器（6）连通，所述冷凝冷却器（7）的液体出口经加压泵（9）与所述冷却水道热交换器（3）的被加热流体通道的工质入口连通。

2.如权利要求1所述内燃机余热双工质引射制冷系统，其特征在于：在所述冷却水道热交换器（3）上设附属被加热流体通道（11），所述附属被加热流体通道（11）的流体出口与附属射流泵（12）的动力流体入口连通，所述附属射流泵（12）的低压气体入口与附属吸热器（13）连通，所述附属射流泵（12）的气体出口与附属冷凝冷却器（14）连通，所述附属冷凝冷却器（14）的液体出口经节流控制阀（8）或经节流结构与所述附属吸热器（13）连通，所述附属冷凝冷却器（14）经附属加压泵（15）与所述附属被加热流体通道(11)的流体入口连通。

3.   一种内燃机余热双工质引射制冷系统，包括内燃机冷却水道（1）、排气热交换器（2）、冷却水道热交换器（3）和射流泵（4），其特征在于：所述内燃机冷却水道（1）经循环水泵（5）与所述冷却水道热交换器（3）的加热流体通道连通，所述冷却水道热交换器（3）的被加热流体通道的工质出口经压气机（10）与所述排气热交换器（2）的被加热流体通道的工质入口连通，所述排气热交换器（2）的被加热流体通道的工质出口与所述射流泵（4）的动力流体入口连通，所述射流泵（4）的低压气体入口与吸热器（6）连通，所述射流泵（4）的气体出口与冷凝冷却器（7）连通，所述冷凝冷却器（7）的液体出口经节流控制阀（8）或经节流结构与所述吸热器（6）连通。

4.如权利要求3所述内燃机余热双工质引射制冷系统，其特征在于：在所述冷却水道热交换器（3）上设附属被加热流体通道（11），所述附属被加热流体通道（11）的流体出口与附属射流泵（12）的动力流体入口连通，所述附属射流泵（12）的低压气体入口与附属吸热器（13）连通，所述附属射流泵（12）的气体出口与附属冷凝冷却器（14）连通，所述附属冷凝冷却器（14）的液体出口经节流控制阀（8）或经节流结构与所述附属吸热器（13）连通，所述附属冷凝冷却器（14）经附属加压泵（15）与所述附属被加热流体通道（11）的流体入口连通。

5.如权利要求3所述内燃机余热双工质引射制冷系统，其特征在于：所述冷凝冷却器（7）的液体出口与所述冷却水道热交换器（3）的被加热流体通道的工质入口连通。

6.如权利要求5所述内燃机余热双工质引射制冷系统，其特征在于：在所述冷却水道热交换器（3）上设附属被加热流体通道（11），所述附属被加热流体通道（11）的流体出口与附属射流泵（12）的动力流体入口连通，所述附属射流泵（12）的低压气体入口与附属吸热器（13）连通，所述附属射流泵（12）的气体出口与附属冷凝冷却器（14）连通，所述附属冷凝冷却器（14）的液体出口经节流控制阀（8）或经节流结构与所述附属吸热器（13）连通，所述附属冷凝冷却器（14）经附属加压泵（15）与所述附属被加热流体通道（11）的流体入口连通。

7. 如权利要求3所述内燃机余热双工质引射制冷系统，其特征在于：所述冷凝冷却器（7）的液体出口经加压泵（9）与所述冷却水道热交换器（3）的被加热流体通道的工质入口连通。

8.如权利要求1、2或7所述内燃机余热双工质引射制冷系统，其特征在于：所述加压泵（9）的出口处的工质压力大于0.15MPa。

9.   如权利要求1至7中任一项所述内燃机余热双工质引射制冷系统，其特征在于：所述排气热交换器（2）设为对流式排气热交换器。

10.如权利要求1至7中任一项所述内燃机余热双工质引射制冷系统，其特征在于：所述冷却水道热交换器（3）设为对流式冷却水道热交换器。

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