CN103615832A - 混合汽化内燃余热利用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合汽化内燃余热利用系统，包括混合式汽化器，所述混合式汽化器的高温液体入口经液体循环加压泵与内燃机冷却水道流体出口连通，所述混合式汽化器的低温液体出口经节流控制阀或节流结构与内燃机冷却水道流体入口连通，在所述混合式汽化器上设蒸汽出口，在所述混合式汽化器的液体区上设工质入口，所述混合式汽化器的承压能力大于0.3MPa。本发明所述混合汽化内燃余热利用系统，结构简单，制造成本低。
Description
技术领域
本发明涉及能源与动力领域，特别是一种混合汽化内燃余热利用系统。
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、制造成本低、利用内燃机余热制冷的单元。
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1：一种混合汽化内燃余热利用系统，包括混合式汽化器，所述混合式汽化器的高温液体入口经液体循环加压泵与内燃机冷却水道流体出口连通，所述混合式汽化器的低温液体出口经节流控制阀或经节流结构与内燃机冷却水道流体入口连通，在所述混合式汽化器上设蒸汽出口，在所述混合式汽化器的液体区上设工质入口，所述混合式汽化器的承压能力大于0.3MPa。
方案2：在方案1的基础上，所述工质入口与液体泵的液体出口连通。
方案3：在方案1或方案2的基础上，所述蒸汽出口与做功机构连通。
方案4：在方案1至方案3中任一方案的基础上，所述混合汽化内燃余热利用系统还包括排气热交换器，所述排气热交换器的被加热流体通道的工质出口与附属做功机构的工质入口连通。
方案5：在方案1或方案2的基础上，所述蒸汽出口与射流泵的动力流体入口连通，所述射流泵的低压流体入口与蒸发器连通。
方案6：在方案1、方案2、方案3或方案5的基础上，所述混合汽化内燃余热利用系统还包括排气热交换器，所述排气热交换器的被加热流体通道的工质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流体入口与附属蒸发器连通。
方案7：在方案5的基础上，所述混合汽化内燃余热利用系统还包括排气热交换器、附属射流泵、增量射流泵，所述排气热交换器的被加热流体通道的工质出口与所述增量射流泵的动力流体入口连通，所述射流泵的流体出口与所述增量射流泵的低压流体入口连通，所述增量射流泵的流体出口与所述附属射流泵的动力流体入口连通，所述附属射流泵的低压流体入口与附属蒸发器连通。
方案8：在方案4、方案6或方案7的基础上，所述排气热交换器的被加热流体通道的工质入口与附属液体泵的液体出口连通。
方案9：在方案4的基础上，所述做功机构和/或所述附属做功机构设为透平，在上述仅设有所述做功机构的方案中，也可以将所述做功机构设为透平。
方案10：在方案1或方案2的基础上，所述混合汽化内燃余热利用系统还包括排气热交换器，所述蒸汽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做功机构连通。
方案11：在方案10的基础上，在所述排气热交换器的被加热流体通道的工质出口与所述做功机构之间的连通通道上设射流泵，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，所述射流泵的低压流体入口与蒸发器连通，所述射流泵的流体出口与所述做功机构连通。
方案12：在方案10或方案11的基础上，所述做功机构设为透平。
本发明中，可以采用机油冷却器作为热源对进入或流出所述混合式汽化器的流体进行加热，从而回收润滑系统中的余热。
本发明中，所谓的“混合式汽化器”是具有高温液体入口、低温液体出口、蒸汽出口和工质入口，能够将自工质入口流入的工质与自高温液体入口流入的液体混合发生汽化并进行气液分离的装置。
本发明中，所谓的“做功机构”是指利用气体的膨胀对外输出动力的机构，例如透平、气缸活塞机构等。
本发明中，所谓的“蒸发器”和“附属蒸发器”是指在外部抽真空的作用下使其内部液体蒸发降温的装置，可以将其内部温度较低的液体作为循环介质对外进行制冷，也可以利用所述蒸发器和所述附属蒸发器的壁对外吸热进行制冷。
本发明中，所述蒸发器和所述附属蒸发器都是蒸发器，名称不同只是为了区分而定义的。
本发明中，所述射流泵和所述附属射流泵都是射流泵，名称不同只是为了区分而定义的。
本发明中，所述液体泵和所述附属液体泵都是液体泵，名称不同只是为了区分而定义的。
本发明中，所述做功机构和所述附属做功机构都是液体泵，名称不同只是为了区分而定义的。
本发明中，通过所述节流控制阀（或所述节流结构）和所述液体循环加压泵的作用，使所述混合式汽化器内的压力增加，降低内燃机冷却水道内的压力。
本发明中，在所述混合汽化内燃余热利用系统中循环的工质大体上可以分为两种：主要在内燃机冷却水道与所述混合式汽化器之间循环的工质（以下称为工质一）和主要在所述混合式汽化器与所述做功机构或所述射流泵之间循环的工质（以下称为工质二），两种工质可以满足如下条件：
（1）工质一和工质二可以是互溶的物质，此时，工质二采用易挥发的物质，也即是沸点低易汽化的物质；
（2）工质一和工质二均为液体，不能互溶，且工质二的沸点低于工质一的沸点；
（3）工质二是气体，工质一是液体，工质二和工质一不互溶，而且工质二在整个循环中不液化。
当工质一和工质二能够互溶为溶液时，在系统运行达到稳定状态时，内燃机冷却水道内的液体中易挥发成分的浓度低，经所述混合式汽化器上的所述工质入口流进所述混合式汽化器的液体可以是高浓度液体，所谓的“高浓度液体”是指可汽化溶质的浓度高于内燃机冷却水道中的液体中的可汽化溶质的浓度的液体。
本发明中，所述混合式汽化器的承压能力大于0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa、1.0MPa、1.5MPa、2.0MPa、2.5MPa、3.0MPa、3.5MPa、4.0MPa、4.5MPa、5.0MPa、5.5MPa、6.0MPa、6.5MPa、7.0MPa、7.5MPa、8.0MPa、8.5MPa、9.0MPa、9.5 MPa或大于10MPa。
本发明中，所述混合式汽化器内的工质压力与其承压能力相匹配，即所述混合式汽化器内的最高工质压力达到其承压能力。
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，所述射流泵可以是气体射流泵（即喷射泵），也可以是液体射流泵；所述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；所述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、低压流体入口和流体出口。
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；所述射流泵的管可以有缩扩区，可以设为文丘里管，管的喷管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、低压流体入口和流体出口，所谓的“低压流体入口”是指所述射流泵外管的入口，所谓的“流体出口”是指所述射流泵外管的出口；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流体入口的管道中心区，也可以布置在所述低压流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流体入口管道壁的环形喷管。
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，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，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，应根据能源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。
本发明的有益效果如下：
本发明的所述混合汽化内燃余热利用系统，结构简单，制造成本低。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明实施例2的结构示意图；
图3是本发明实施例3的结构示意图；
图4是本发明实施例4的结构示意图；
图5是本发明实施例5的结构示意图；
图6是本发明实施例6的结构示意图；
图7是本发明实施例7的结构示意图；
图8是本发明实施例8的结构示意图；
图中：
1、混合式汽化器、2排气热交换器、3射流泵、31附属射流泵、33增量射流泵、4蒸发器、41附属蒸发器、5液体泵、51附属液体泵、52液体循环加压泵、6透平、8节流控制阀、81节流结构、11工质入口、12蒸汽出口。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的混合汽化内燃余热利用系统，包括混合式汽化器1，所述混合式汽化器1的高温液体入口经液体循环加压泵52与内燃机冷却水道流体出口连通，所述混合式汽化器1的低温液体出口经节流控制阀8与内燃机冷却水道流体入口连通，在所述混合式汽化器1上设蒸汽出口12，在所述混合式汽化器1的液体区上设工质入口11，所述混合式汽化器1的承压能力大于0.3MPa。
实施例2
如图2所示的混合汽化内燃余热利用系统，其实施例1的区别在于：
将所述节流控制阀8取消，在相同位置设置节流结构81，并进一步将所述工质入口11与液体泵5的液体出口连通，将所述蒸汽出口12与做功机构连通。
本实施例中，所述做功机构具体地设为了透平6，作为可以变换的实施方式，所述做功机构还可以设为其他形式的做功机构，比如气缸活塞机构等。
作为可以变换的实施方式，所述做功机构可以不设。
实施例3
如图3所示的混合汽化内燃余热利用系统，在实施例1的基础上，所述混合汽化内燃余热利用系统还包括排气热交换器2，所述排气热交换器2的被加热流体通道的工质出口与附属做功机构的工质入口连通，所述排气热交换器2的被加热流体通道的工质入口与附属液体泵51的液体出口连通，所述工质入口11与液体泵5的液体出口连通，将所述蒸汽出口12与做功机构连通。
本实施例中，由所述附属液体泵51泵入所述排气热交换器2的被加热流体通道的液体在所述排气热交换器2中发生汽化后进入所述附属做功机构，推动所述附属做功机构输出动力。
本实施例中，所述做功机构和所述附属做功机构具体地设为了透平6，作为可以变换的实施方式，所述做功机构和/或所述附属做功机构还可以设为其他形式的做功机构，比如气缸活塞机构等。
作为可以变换的实施方式，所述做功机构可以不设。
实施例4
如图4所示的混合汽化内燃余热利用系统，其在实施例1的基础上，所述工质入口11与液体泵5的液体出口连通，将所述蒸汽出口12与射流泵3的动力流体入口连通，所述射流泵3的低压流体入口与蒸发器4连通。
实施例5
如图5所示的混合汽化内燃余热利用系统，其在实施例4的基础上，还包括排气热交换器2，所述排气热交换器2的被加热流体通道的工质出口与附属射流泵31的动力流体入口连通，所述附属射流泵31的低压流体入口与附属蒸发器41连通；所述排气热交换器2的被加热流体通道的工质入口与附属液体泵51的液体出口连通。
作为可以变换的实施方式，所述射流泵3及所述蒸发器4可以不设。
实施例6
如图6所示的混合汽化内燃余热利用系统，其在实施例1的基础上，还包括排气热交换器2，所述蒸汽出口12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做功机构连通，所述工质入口11与液体泵5的液体出口连通。
实施例7
如图7所示的混合汽化内燃余热利用系统，其在实施例6的基础上，在所述排气热交换器2的被加热流体通道的工质出口与所述做功机构之间的连通通道上设射流泵3，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3的动力流体入口连通，所述射流泵3的低压流体入口与蒸发器4连通，所述射流泵3的流体出口与所述做功机构连通。
实施例6及实施例7中，均将所述做功机构具体地设为了透平6，作为可以变换的实施方式，所述做功机构还可以设为其他形式的做功机构，比如气缸活塞机构等。
实施例8
如图8所示的混合汽化内燃余热利用系统，其在实施例4的基础上，还包括排气热交换器2、附属射流泵31、增量射流泵33，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增量射流泵33的动力流体入口连通，所述射流泵3的流体出口与所述增量射流泵33的低压流体入口连通，所述增量射流泵33的流体出口与所述附属射流泵31的动力流体入口连通，所述附属射流泵31的低压流体入口与附属蒸发器41连通。
本发明中，所述混合式汽化器的承压能力应能承受所述工质的压力，作为可以变换的实施方式，上述所有实施方式中均可选择性地将所述混合式汽化器的承压能力改设为大于0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa、1.0MPa、1.5MPa、2.0MPa、2.5MPa、3.0MPa、3.5MPa、4.0MPa、4.5MPa、5.0MPa、5.5MPa、6.0MPa、6.5MPa、7.0MPa、7.5MPa、8.0MPa、8.5MPa、9.0MPa、9.5 MPa或改设为大于10MPa。
作为可以变换的实施方式，实施例2-实施例8中的所述液体泵5可不设。
作为可以变换的实施方式，实施例3、实施例5或实施例8中的所述附属液体泵51可不设。
作为可以变换的实施方式，实施例1、实施例3-实施例8中的所述节流控制阀8可改设为节流结构81，实施例2中的所述节流结构81可改设为节流控制阀8。
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)
1.一种混合汽化内燃余热利用系统，包括混合式汽化器（1），其特征在于：所述混合式汽化器（1）的高温液体入口经液体循环加压泵（52）与内燃机冷却水道流体出口连通，所述混合式汽化器（1）的低温液体出口经节流控制阀（8）或经节流结构（81）与内燃机冷却水道流体入口连通，在所述混合式汽化器（1）上设蒸汽出口（12），在所述混合式汽化器（1）的液体区上设工质入口（11），所述混合式汽化器（1）的承压能力大于0.3MPa。
2.如权利要求1所述混合汽化内燃余热利用系统，其特征在于：所述工质入口（11）与液体泵（5）的液体出口连通。
3.如权利要求1或2所述混合汽化内燃余热利用系统，其特征在于：所述蒸汽出口（12）与做功机构连通。
4.如权利要求3所述混合汽化内燃余热利用系统，其特征在于：所述混合汽化内燃余热利用系统还包括排气热交换器（2），所述排气热交换器（2）的被加热流体通道的工质出口与附属做功机构的工质入口连通。
5.如权利要求1或2所述混合汽化内燃余热利用系统，其特征在于：所述蒸汽出口（12）与射流泵（3）的动力流体入口连通，所述射流泵（3）的低压流体入口与蒸发器（4）连通。
6.如权利要求5所述混合汽化内燃余热利用系统，其特征在于：所述混合汽化内燃余热利用系统还包括排气热交换器（2），所述排气热交换器（2）的被加热流体通道的工质出口与附属射流泵（31）的动力流体入口连通，所述附属射流泵（31）的低压流体入口与附属蒸发器（41）连通。
7.如权利要求5所述混合汽化内燃余热利用系统，其特征在于：所述混合汽化内燃余热利用系统还包括排气热交换器（2）、附属射流泵（31）、增量射流泵（33），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增量射流泵（33）的动力流体入口连通，所述射流泵（3）的流体出口与所述增量射流泵（33）的低压流体入口连通，所述增量射流泵（33）的流体出口与所述附属射流泵（31）的动力流体入口连通，所述附属射流泵（31）的低压流体入口与附属蒸发器（41）连通。
8.如权利要求4、6或7所述混合汽化内燃余热利用系统，其特征在于：所述排气热交换器（2）的被加热流体通道的工质入口与附属液体泵（51）的液体出口连通。
9.如权利要求4所述混合汽化内燃余热利用系统，其特征在于：所述做功机构和/或所述附属做功机构设为透平（6）。
10.如权利要求1所述混合汽化内燃余热利用系统，其特征在于：所述混合汽化内燃余热利用系统还包括排气热交换器（2），所述蒸汽出口（12）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做功机构连通。
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