CN103670626B - 内燃机二级膨胀喷射式余热回收系统 - Google Patents

内燃机二级膨胀喷射式余热回收系统 Download PDF

Info

Publication number
CN103670626B
CN103670626B CN201310749529.9A CN201310749529A CN103670626B CN 103670626 B CN103670626 B CN 103670626B CN 201310749529 A CN201310749529 A CN 201310749529A CN 103670626 B CN103670626 B CN 103670626B
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
low
combustion engine
working medium
intercooler
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.)
Active
Application number
CN201310749529.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103670626A (zh
Inventor
李晓宁
舒歌群
赵明如
于国鹏
李团兵
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.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin 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 Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201310749529.9A priority Critical patent/CN103670626B/zh
Publication of CN103670626A publication Critical patent/CN103670626A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103670626B publication Critical patent/CN103670626B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
    • Y02P80/15—On-site combined power, heat or cool generation or distribution, e.g. combined heat and power [CHP] supply
    • 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

Landscapes

  • Supercharger (AREA)

Abstract

本发明公开了一种内燃机二级膨胀喷射式余热回收系统，方案是：由冷凝器、低压工质泵、高压工质泵、高温的预热器、中冷器、烟气换热器、第一膨胀机、喷管以及第二膨胀机依次串接构成ORC主循环系统。在高、低压工质泵与喷管之间，依次接有低温中冷器和低温蒸发器、低温烟气换热器，将ORC主循环系统分为高、低温级两个支路。内燃机缸套冷却水接于高温预热器、低温蒸发器的水侧返回缸套。内燃机进气依次通过涡轮增压器中的压气机、高温中冷器、低温中冷器的空气侧进入内燃机。内燃机排气接于涡轮增压器中的涡轮机、高温烟气换热器以及再热器依次连接。对内燃机系统各部分的余热按其品质阶梯利用，使内燃机余热回收系统的效率得到显著提高。

Description

内燃机二级膨胀喷射式余热回收系统
技术领域
本发明属于内燃机余热回收利用技术，具体涉及一种用于内燃机二级膨胀喷射式余热回收系统。
背景技术
随着能源日益短缺和环境污染问题的日益严峻，内燃机的节能减排技术越来越受到世人关注。发动机燃料燃烧放出的热量，有相当一部分以废热形式排出车外，除造成能源浪费以外，对大气环境也造成严重的污染。将这部分能量回收起来可以明显降低燃油的消耗，所以利用有机朗肯循环(ORC)技术回收内燃机余热成为目前研究的热点。ORC系统回收内燃机排气余热的热效率和安全性较高，结构简单，但存在的普遍问题是，如何更有效地提高其余热的回收利用率。单级ORC循环对废热的利用并不充分，膨胀做功后的工质仍具有较高的温度和能量，这就造成了ORC系统效率的降低。如果打算提升二级膨胀做功的参数，则存在许多问题。所以本发明提出利用高温排气余热，缸套冷却水余热和增压空气余热，进行二级膨胀喷射式的有机朗肯循环系统。
发明内容
本发明的目的是，提出一种用于内燃机二级膨胀喷射式余热回收系统，将内燃机排气、缸套冷却水以及增压空气等余热回收进行有效利用的有机朗肯循环系统。
为实现本发明目的所采取的技术方案为：由冷凝器、低压工质泵、高压工质泵、高温预热器和高温中冷器以及高温烟气换热器工质侧、第一膨胀机、喷管以及第二膨胀机依次串接构成ORC主循环系统。在高、低压工质泵与喷管之间，依次接有低温中冷器和低温蒸发器、低温烟气换热器，将ORC主循环系统分为高、低温级两个支路，低温工质泵输出的工质分别进入两个支路。内燃机缸套冷却水接于高温预热器、低温蒸发器的水侧返回缸套，构成冷却水余热利用循环系统。内燃机进气依次通过涡轮增压器中的压气机、高温中冷器、低温中冷器的空气侧进入内燃机，构成增压空气余热利用回路。内燃机排气接于涡轮增压器中的涡轮机、高温烟气换热器以及再热器依次连接构成排气余热利用系统。
热力循环系统有高低温两个回路，低压工质泵将工质分别送入两个回路。低温回路：工质依次进入低温中冷器、低温预热器和低温烟气换热器，分别与来自冷却水热利用系统、增压空气热利用系统和内燃机排气热利用系统的热源进行换热，此时工质流经喷管时会对该喷管的引射口造成负压(利用喷管作为引射器代替膨胀机)。根据流体力学原理，利用喷管作为引射器代替膨胀机(引射器结构如图2所示)，其作用结果是提高了第一与第二膨胀机的做功能力。
本发明的特点及有益效果是，按照余热的品质充分利用内燃机各个部分的余热，采用喷射器降低第一膨胀机的出口背压，增加其输出功率。同时又为下一级膨胀机提供了较高的动能，由此提高了内燃机余热回收的效率。
附图说明
附图1为本发明系统原理和部件连接结构图。图中实线表示ORC主循环系统；长虚线表示空气增压余热回路；短虚线表示缸套冷却水循环；虚线表示内燃机高温排气余热利用系统。
附图2为喷管引射器结构图。
具体实施方式
以下结合附图并通过实施例对本发明的原理与设置方案做进一步的说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而非是限定性的，不以此限定本发明的保护范围。
内燃机二级膨胀喷射式余热回收系统包括：高低温两级的预热器、中冷器、烟气换热器、膨胀机、低压工质泵、高压工质泵，以及喷管、冷凝器等。其系统组成及部件连接的技术方案为：由冷凝器1、低压工质泵2、高压工质泵6、高温预热器7和高温中冷器8以及高温烟气换热器9工质侧、第一膨胀机10、喷管11以及第二膨胀机13依次串接构成ORC主循环系统。在高、低压工质泵与喷管之间，依次接有低温中冷器3和低温蒸发器4、低温烟气换热器5，将ORC主循环系统分为高、低温级两个支路(图中实线)，低温工质泵输出的工质分别进入两个支路。内燃机缸套冷却水接于高温预热器、低温蒸发器的水侧返回缸套，构成冷却水热利用循环系统(图中短虚线)。内燃机进气依次通过涡轮增压器12中的压气机、高温中冷器8、低温中冷器的空气侧进入内燃机，构成空气增压余热利用回路(图中长虚线)。内燃机排气接于涡轮增压器中的涡轮机、高温烟气换热器以及再热器依次连接构成排气余热利用系统(图中虚线)。采用喷管降低第一膨胀机出口的背压，高低温级两个支路的工质通过喷管引射混合后进入第二膨胀机膨胀做功。高、低温级两个支路所采用的工质为(CH3)3SiOSi(CH3)3(六甲基二硅氧烷)。
低温回路：通过低压工质泵将工质压力提升至喷管入口所需压力值后，工质进入低压回路。工质先后与低温中冷器、低温预热器以及低温烟气换热器换热，以期达到喷管入口温度。在喷管中，工质流体的压差转化为动能用以增加流速。在喷管的喉部流体动能非常大，当喷管入口压力高于临界值时，此时流体压力达到临界压力。此时第一膨胀机做功后的乏汽作为被引射流体，引射流体与喷管进口的工质流体相混合，流体仍具有较高的温度与流速，所以再次进入到低压膨胀机进行膨胀做功。做功后的乏汽进入冷凝器进行凝结，再低压工质打入低温中冷器等完成低温级的热力循环。
高温回路：工质经低、高压两个工质泵提高压力后，依次进入高温预热器、高温中冷器以及高温烟气换热器，分别与来自高温级的冷却水热利用系统、增压空气热利用系统以及内燃机排气热利用系统的热源进行换热，使其工质的温度和压力达到临界值或超临界值。
对于本实施例，工质与高温预热器、高温中冷器换热后，温度为140℃，压力为1.939MPa(临界压力)。工质进入高温烟气换热器与涡轮增压后的高温排气进行换热，此时的温度为260℃，压力为2.5MPa(超临界压力)。工质过热蒸汽进入第一膨胀机膨胀做功，因为此时第一膨胀机的出口压力为喷管喉部的压力，所以其做功能力(动能)非常大，使内燃机排气、缸套冷却水以及增压空气等余热得到充分利用。
由于高温回路进行的是超临界循环，因此，膨胀后的乏汽还具有较高的温度与压力，故将做功后的乏汽经喷管引入第二膨胀机继续做功。
本发明用低温级的缸套冷却水、空气增压以及内燃机排气3种余热来加热进入喷管的工质；用高温级的缸套冷却水、空气增压以及内燃机排气3种余热来加热进入第一膨胀机的工质，实现其对内燃机系统各部分的余热按其品质阶梯利用，显著使提高了内燃机余热回收系统的效率。

Claims (3)

1.内燃机二级膨胀喷射式余热回收系统，包括：高低温两级的预热器、中冷器、烟气换热器、膨胀机、低压工质泵、高压工质泵、喷管以及冷凝器，其特征在于：由冷凝器(1)、低压工质泵(2)、高压工质泵(6)、高温预热器(7)和高温中冷器(8)以及高温烟气换热器(9)工质侧、第一膨胀机(10)、喷管(11)以及第二膨胀机(13)依次串接构成ORC主循环系统，在高、低压工质泵与喷管之间，依次接有低温中冷器(3)和低温蒸发器(4)、低温烟气换热器(5)，将ORC主循环系统分为高温级和低温级两个支路，低温工质泵输出的工质分别进入两个支路，内燃机缸套冷却水接于高温预热器、低温蒸发器(4)的水侧返回缸套，构成冷却水热利用循环系统；内燃机进气依次通过涡轮增压器(12)中的压气机、高温中冷器(8)、低温中冷器(3)的空气侧进入内燃机，构成增压空气热利用回路；内燃机排气接于涡轮增压器中的涡轮机、高温烟气换热器以及再热器依次连接构成排气热利用系统。
2.按照权利要求1所述的内燃机二级膨胀喷射式余热回收系统，其特征是采用所述喷管(11)降低第一膨胀机(10)出口的背压，所述高温级和低温级两个支路的工质通过喷管引射混合后进入第二膨胀机膨胀做功。
3.按照权利要求1所述的内燃机二级膨胀喷射式余热回收系统，其特征是所述高温级和低温级两个支路所采用的工质为(CH3)3SiOSi(CH3)3。
CN201310749529.9A 2013-12-27 2013-12-27 内燃机二级膨胀喷射式余热回收系统 Active CN103670626B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310749529.9A CN103670626B (zh) 2013-12-27 2013-12-27 内燃机二级膨胀喷射式余热回收系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310749529.9A CN103670626B (zh) 2013-12-27 2013-12-27 内燃机二级膨胀喷射式余热回收系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103670626A CN103670626A (zh) 2014-03-26
CN103670626B true CN103670626B (zh) 2016-03-30

Family

ID=50309281

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310749529.9A Active CN103670626B (zh) 2013-12-27 2013-12-27 内燃机二级膨胀喷射式余热回收系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103670626B (zh)

Families Citing this family (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104632357B (zh) * 2014-12-30 2017-01-11 清华大学 内燃机的两级增压系统
CN105067268A (zh) * 2015-08-06 2015-11-18 中国北方发动机研究所(天津) 一种涡轮活塞联合循环发动机引射系统
CN105804132A (zh) * 2016-03-30 2016-07-27 时建华 一种基于双介质循环的道路挖土装置
CN105862947A (zh) * 2016-03-30 2016-08-17 时建华 一种基于热循环的桥梁施工装置
CN106437886B (zh) * 2016-09-06 2018-12-28 镇江新宇固体废物处置有限公司 一种余热发电系统
WO2018068431A1 (zh) * 2016-10-12 2018-04-19 李华玉 分级蒸发联合循环蒸汽动力装置
CN108119194B (zh) * 2016-12-15 2020-05-01 李华玉 三重联合循环动力装置
CN108979771A (zh) * 2017-06-02 2018-12-11 北京理工大学 氢内燃机汽车高压储氢罐压力能回收装置
CN110966786A (zh) * 2018-12-19 2020-04-07 李华玉 第二类热驱动压缩式热泵
CN111121323A (zh) * 2019-01-16 2020-05-08 李华玉 第二类热驱动压缩式热泵
CN111121331A (zh) * 2019-01-20 2020-05-08 李华玉 第二类热驱动压缩式热泵
CN111121327A (zh) * 2019-01-21 2020-05-08 李华玉 第二类热驱动压缩式热泵
CN111121330A (zh) * 2019-01-21 2020-05-08 李华玉 第二类热驱动压缩式热泵
CN111306844A (zh) * 2019-01-27 2020-06-19 李华玉 内燃机型联合循环热泵装置
CN111189256A (zh) * 2019-01-27 2020-05-22 李华玉 第二类热驱动压缩式热泵
CN111189252A (zh) * 2019-01-27 2020-05-22 李华玉 第二类热驱动压缩式热泵
CN111380245A (zh) * 2019-02-09 2020-07-07 李华玉 第二类热驱动压缩式热泵
CN111380246A (zh) * 2019-02-09 2020-07-07 李华玉 第二类热驱动压缩式热泵
CN111380247A (zh) * 2019-02-17 2020-07-07 李华玉 第三类热驱动压缩式热泵
CN111380248A (zh) * 2019-02-17 2020-07-07 李华玉 第三类热驱动压缩式热泵
CN111380249A (zh) * 2019-02-18 2020-07-07 李华玉 第三类热驱动压缩式热泵
CN111550948A (zh) * 2019-02-18 2020-08-18 李华玉 第三类热驱动压缩式热泵
CN111379602A (zh) * 2019-02-26 2020-07-07 李华玉 蒸汽动力装置
CN111442554A (zh) * 2019-03-10 2020-07-24 李华玉 第四类热驱动压缩式热泵
CN111578550A (zh) * 2019-03-11 2020-08-25 李华玉 第四类热驱动压缩式热泵
CN111365877A (zh) * 2019-03-11 2020-07-03 李华玉 第四类热驱动压缩式热泵
CN111365888A (zh) * 2019-03-11 2020-07-03 李华玉 第四类热驱动压缩式热泵
CN111365879A (zh) * 2019-03-17 2020-07-03 李华玉 第四类热驱动压缩式热泵
CN111365880A (zh) * 2019-03-17 2020-07-03 李华玉 第四类热驱动压缩式热泵
CN111365889A (zh) * 2019-03-17 2020-07-03 李华玉 第四类热驱动压缩式热泵
CN111536709A (zh) * 2019-03-19 2020-08-14 李华玉 第四类热驱动压缩式热泵
CN111536710A (zh) * 2019-03-19 2020-08-14 李华玉 第四类热驱动压缩式热泵
CN111442556A (zh) * 2019-03-19 2020-07-24 李华玉 第四类热驱动压缩式热泵
CN111365883A (zh) * 2019-03-19 2020-07-03 李华玉 第四类热驱动压缩式热泵
CN111365884A (zh) * 2019-03-24 2020-07-03 李华玉 第四类热驱动压缩式热泵
CN111365885A (zh) * 2019-03-24 2020-07-03 李华玉 第四类热驱动压缩式热泵
CN111503917A (zh) * 2019-03-26 2020-08-07 李华玉 第四类热驱动压缩式热泵
CN111750559A (zh) * 2019-03-26 2020-10-09 李华玉 第四类热驱动压缩式热泵
CN115218515A (zh) * 2020-03-15 2022-10-21 李华玉 第二类热驱动压缩式热泵
CN115218510A (zh) * 2020-03-15 2022-10-21 李华玉 第二类热驱动压缩式热泵
CN115218521A (zh) * 2020-03-16 2022-10-21 李华玉 第二类热驱动压缩式热泵
CN115200246A (zh) * 2020-03-16 2022-10-18 李华玉 第二类热驱动压缩式热泵
CN113530628A (zh) * 2021-09-02 2021-10-22 中国石油化工股份有限公司 一种防腐防积灰低品位废热梯级回收利用系统
CN114033504B (zh) * 2021-11-05 2024-05-03 重庆江增船舶重工有限公司 一种液态工质喷雾冷却系统

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007009503B4 (de) * 2007-02-25 2009-08-27 Deutsche Energie Holding Gmbh Mehrstufiger ORC-Kreislauf mit Zwischenenthitzung
US8739541B2 (en) * 2010-09-29 2014-06-03 General Electric Company System and method for cooling an expander
CN102022221B (zh) * 2010-12-03 2014-01-01 北京工业大学 两级单螺杆膨胀机有机朗肯循环柴油机尾气余热利用系统
CN103352772B (zh) * 2013-06-25 2015-08-19 天津大学 内燃机多品位余热利用的联合循环热电转换系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN103670626A (zh) 2014-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103670626B (zh) 内燃机二级膨胀喷射式余热回收系统
CN103670558B (zh) 双压力多级膨胀再热的内燃机余热回收系统
CN101566113B (zh) 基于有机朗肯循环的发动机废热回收系统
US10012136B2 (en) System and method for recovering thermal energy for an internal combustion engine
CN103742293B (zh) 内燃机蒸汽增压余热回收系统
CN104265502A (zh) 复合式柴油机余热能回收系统
CN103711555B (zh) 内燃机余热双回路梯级利用系统
CN101408115B (zh) 一种适用于车用发动机余热回收的热力循环系统
CN103726949B (zh) 双压力双回路多级膨胀的内燃机余热回收系统
US20080041046A1 (en) Engine waste heat recovery system
CN103758658B (zh) 二级双回路内燃机余热梯级利用热回收系统
CN103206317B (zh) 一种内燃发电机组余热梯级回收利用系统
CN104564422A (zh) 内燃机余热综合利用系统
CN105715407B (zh) 一种基于有机朗肯循环原理的车辆发动机废热回收系统
CN203201684U (zh) 一种基于朗肯循环的内燃发电机组余热梯级回收利用系统
CN102748124A (zh) 一种利用内燃机废气余热能实现进气增压的装置
CN105464730A (zh) 一种低温烟气以及低温热流体的余热回收系统
CN201810420U (zh) 一种发动机余热能量回收装置
CN102787889A (zh) 柴油机排气余热双效回收系统
CN104929805A (zh) 再热式有机朗肯循环技术的车用发动机余热回收装置
CN204984638U (zh) 一种再热式有机朗肯循环技术的车用发动机余热回收装置
CN108716435A (zh) 一种集成余热回收的内燃机增压系统
CN103775146B (zh) 一种风冷膨胀发电机系统
CN102900511A (zh) 工况自适应排气能量回收系统
CN110388241B (zh) 一种汽车发动机废热回收热力循环系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 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