CN104500265A - 内燃机的增压余热回收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种内燃机的增压余热回收系统，其包括：k个涡轮增压器，其中第i涡轮增压器具有第i膨胀端和第i压缩端，第i膨胀端利用源自内燃机的对应气缸的排气门排出的废气的动力能对输入第i压缩端中的供给空气进行压缩并输出压缩空气；k个换热器，其中第i换热器连通第i涡轮增压器的第i压缩端；有机工质泵，连通外部的有机工质储液罐，k个换热器设置在有机工质泵的下游并受控连通有机工质泵；膨胀机，设置在全部k个换热器的下游并受控连通k个换热器；发电机受控连通外部的供电或储能装置且受控连通膨胀机；以及冷凝器，设置在膨胀机的下游并受控连通膨胀机且受控连通外部的工质储液罐。本发明能提高内燃机的总能利用效率。

Description

内燃机的增压余热回收系统
技术领域
本发明涉及内燃机余热利用领域，尤其涉及一种内燃机的增压余热回收系统。
背景技术
在内燃机涡轮增压系统中，为了降低内燃机进口空气温度，需要中冷器进行冷却降温，中冷器带走的空气能量尚未有效回收。在需要高压比的内燃机机械装置中，往往需要多级增压才能实现空气增压效果。中冷器带走的热量相当可观，内燃机但现有的内燃机余热回收研究大多局限于尾气能量和缸套水余热能回收方向，在中冷器方面尚未有实质有效的方式。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种内燃机的增压余热回收系统，其能提高内燃机的总能利用效率。
为了实现上述目的，本发明提供了一种内燃机的增压余热回收系统，其包括：k个涡轮增压器，其中第i涡轮增压器具有第i膨胀端和第i压缩端，第i膨胀端利用源自内燃机的对应气缸的排气门排出的废气的动力能对输入第i压缩端中的供给空气进行压缩并输出压缩空气；k个换热器，其中第i换热器连通第i涡轮增压器的第i压缩端；有机工质泵，连通外部的有机工质储液罐，k个换热器设置在有机工质泵的下游并受控连通有机工质泵；膨胀机，设置在全部k个换热器的下游并受控连通k个换热器；发电机受控连通外部的供电或储能装置且受控连通膨胀机；以及冷凝器，设置在膨胀机的下游并受控连通膨胀机且受控连通外部的工质储液罐。其中，第i换热器和第i涡轮增压器形成第i涡轮增压系统，从而k个涡轮增压器和k个换热器形成k个涡轮增压系统，所述k个涡轮增压系统为串联、并联或串并联混合；有机工质泵、k个换热器、膨胀机、发电机以及冷凝器形成基于朗肯循环的余热回收回路；基于朗肯循环的余热回收回路的有机工质泵从有机工质储液罐中泵出液态有机工质并受控向第i换热器输送，第i涡轮增压系统的第i涡轮增压器的第i压缩端将压缩空气向第i换热器输送，输送到第i换热器中的液态有机工质和压缩空气进行热交换，液态有机工质进入吸热并蒸发为气态有机工质，随后气态有机工质进入膨胀机、驱动膨胀机做功而驱动发电机向外部供电装置或储能装置输出电能，膨胀机做功后的乏气进入冷凝器并冷却成液态且输送到有机工质储液罐，而压缩空气放热并降温，且降温的压缩空气经由第i换热器输出，以供内燃机使用。
本发明的有益效果如下：
在根据本发明的内燃机的增压余热回收系统中，在第i换热器中，基于朗肯循环的余热回收回路的有机工质与第i涡轮增压系统的和压缩空气进行热交换，液态有机工质进吸热并蒸发为气态有机工质随后气态有机工质还可以驱动膨胀机做功从而驱动发电机向外部供电装置或储能装置输出电能，而压缩空气放热并降温，且降温的压缩空气经由第i换热器输出，以供内燃机使用。由此，本发明通过第i换热器设置，解决了背景技术中的中冷器的热量回收问题，从而提高内燃机的总能利用效率。
附图说明
图1为根据本发明的内燃机的增压余热回收系统的一实施例的示意图；
图2为根据本发明的内燃机的增压余热回收系统的一实施例的示意图；
图3为根据本发明的内燃机的增压余热回收系统的一实施例的示意图；
图4为根据本发明的内燃机的增压余热回收系统的一实施例的示意图。
其中，附图标记说明如下：
C1、C2、…Ci…、Ck涡轮增压系统           106电动阀门
T1、T2、…Ti…、Tk涡轮增压器         20控制器
TE1、TE2、…TEi…、TEk膨胀端       30内燃机
TC1、TC2、…TCi…、TCk压缩端        301气缸
HE1、HE2、…HEi…、HEk换热器             3011排气门
10基于朗肯循环的余热回收回路              3012进气门
101有机工质泵                      V1、V2、…Vi…、Vk截止阀
102膨胀机                         P增压用三通阀
103发电机                         W三通阀
104冷凝器                         V'1、V'2、…V'i…、V'k控制阀
105旁通回路                       F分液器
具体实施方式
下面参照附图来详细说明根据本发明的内燃机的增压余热回收系统。
下面具体的说明描述多个示范性实施例且不意欲限制到明确公开的组合。因此，除非另有说明，本文所公开的各种特征可以组合在一起而形成出于简明目的而未示出的多个另外组合。
参照图1至图4，根据本发明的内燃机的增压余热回收系统包括：k个涡轮增压器T1、T2、……、Tk，其中第i涡轮增压器Ti具有第i膨胀端TEi和第i压缩端TCi，第i膨胀端TEi利用源自内燃机30的对应气缸301的排气门3011排出的废气的动力能对输入第i压缩端TCi中的供给空气进行压缩并输出压缩空气；k个换热器HE1、HE2、……、HEk，其中第i换热器HEi连通第i涡轮增压器Ti的第i压缩端TCi；有机工质泵101，连通外部的有机工质储液罐，k个换热器HE1、HE2、……、HEk设置在有机工质泵101的下游并受控连通有机工质泵101；膨胀机102，设置在全部k个换热器HE1、HE2、……、HEk的下游并受控连通k个换热器HE1、HE2、……、HEk；发电机103，受控连通外部的供电或储能装置且受控连通膨胀机102；以及冷凝器104，设置在膨胀机102的下游并受控连通膨胀机102且受控连通外部的工质储液罐。其中，第i换热器HEi和第i涡轮增压器Ti形成第i涡轮增压系统Ci，从而k个涡轮增压器T1、T2、……、Tk和k个换热器HE1、HE2、……、HEk形成k个涡轮增压系统C1、C2、……、Ck，所述k个涡轮增压系统C1、C2、……、Ck为串联、并联或串并联混合；有机工质泵101、k个换热器HE1、HE2、……、HEk、膨胀机102、发电机103以及冷凝器104形成基于朗肯循环的余热回收回路10；基于朗肯循环的余热回收回路10的有机工质泵101从有机工质储液罐中泵出液态有机工质并受控向第i换热器HEi输送，第i涡轮增压系统Ci的第i涡轮增压器Ti的第i压缩端TCi将压缩空气向第i换热器HEi输送，输送到第i换热器HEi中的液态有机工质和压缩空气进行热交换，液态有机工质进入吸热并蒸发为气态有机工质，随后气态有机工质进入膨胀机102、驱动膨胀机102做功而驱动发电机103向外部供电装置(例如：车载ECU系统)或储能装置(例如：蓄电池)输出电能，膨胀机102做功后的乏气进入冷凝器104并冷却成液态且输送到有机工质储液罐，而压缩空气放热并降温，且降温的压缩空气经由第i换热器HEi输出，以供内燃机30使用。
在根据本发明的内燃机的增压余热回收系统中，在第i换热器中，基于朗肯循环的余热回收回路10的有机工质与第i涡轮增压系统Ci和压缩空气进行热交换，液态有机工质进吸热并蒸发为气态有机工质，随后气态有机工质还可以驱动膨胀机102做功从而驱动发电机103向外部供电装置或储能装置输出电能，且降温的压缩空气经由第i换热器HEi输出，以供内燃机30使用，由此，本发明在通过第i换热器Ii的设置，解决了背景技术中的中冷器的热量回收问题，从而提高内燃机的总能利用效率。
在根据本发明的内燃机的增压余热回收系统的一实施例中，参照图1和图2，有机工质泵101和k个换热器HE1、HE2、……、HEk之间可设置有多通阀，例如图1和图2中的三通阀W，多通阀的各通道使有机工质泵101受控连通第i换热器HEi，用于调节输送到第i换热器HEi中的有机工质流量。
在根据本发明的内燃机的增压余热回收系统的一实施例中，参照图3和图4，有机工质泵101和k个换热器HE1、HE2、……、HEk之间设置有分液器F，分液器F使有机工质泵101受控连通第i换热器HEi，用于控制输送到第i换热器HEi中的液态有机工质的流量。
在根据本发明的内燃机的增压余热回收系统的一实施例中，参照图3和图4，有机工质泵101和第i换热器HEi之间设置有第i控制阀V'i，用于调节输送到第i换热器HEi中的液态有机工质的压力和流量。
在根据本发明的内燃机的增压余热回收系统的一实施例中，第i换热器HEi的输入端可设置有空气流量计(未示出)以及温度传感器(未示出)。用于检测第i压缩端TCi输出的压缩空气的流量及温度。
在根据本发明的内燃机的增压余热回收系统的一实施例中，第i换热器HEi的输出端可设置有压力传感器(未示出)、流量计(未示出)以及温度传感器(未示出)。用于检测第i换热器HEi的输出的进入膨胀机102的气态有机工质的压力、流量、温度。
在根据本发明的内燃机的增压余热回收系统的一实施例中，参照图1至图4，第i换热器HEi与膨胀机102之间可设置有第i截止阀Vi，用于微调第i换热器HEi输出的气态有机工质进入膨胀机102之前的压力和流量。由此可以保证进入膨胀机102前的有机工质的工作参数，从而确保基于朗肯循环的余热回收回路10运行的稳定性。
在根据本发明的内燃机的增压余热回收系统的一实施例中，参照图1至图4，内燃机的增压余热回收系统还可包括：控制器20，通信连接k个涡轮增压系统C1、C2、……、Ck及基于朗肯循环的余热回收回路10。控制器4可为车载电子控制器。所述通信连接可为有线连接或无线连接。
在根据本发明的内燃机的增压余热回收系统的一实施例中，参照图1至图4，内燃机的增压余热回收系统还可包括：旁通回路105，一端连通膨胀机102的上游而另一端连通在膨胀机102的下游且所述另一端与冷凝器104连通；以及电动阀门106，设置于旁通回路105，控制旁通回路105的流量。旁通回路105及电动阀门106的设置能够调节膨胀机102的功率输出，从而控制发电机103的功率输出。具体地，当有机工质回收的热量过多、发电机103当前不需要较大的功率输出或有机工质参数未达到工作状态需要空转时，可通过电动阀门106调整阀门开度控制流经膨胀机102的气态有机工质的流量，将富余的气态有机工质通过有有机朗肯循环旁通回路105进行旁通，然后直接经冷凝器104冷却输送到有机工质储液罐。
在根据本发明的内燃机的增压余热回收系统的一实施例中，基于朗肯循环的余热回收回路10的有机工质泵101可为变频泵。由此也可控制流经膨胀机102的气态有机工质的流量。
在根据本发明的内燃机的增压余热回收系统的一实施例中，参照图1，k＝2，2个涡轮增压系统C1、C2为并联的第1涡轮增压系统C1和第2涡轮增压系统C2，在第1涡轮增压系统C1中，第1涡轮增压器T1的第1膨胀端TE1直接连通内燃机30的对应气缸301的排气门3011，第1涡轮增压器T1的第1压缩端TC1连通作为供给空气的外部空气，第1换热器HE1的一端连通第1涡轮增压器T1的第1压缩端TC1而另一端连通内燃机30的对应气缸301的进气门3012；在第2涡轮增压系统C2中，第2涡轮增压器T2的第2膨胀端TE2直接连通内燃机30的对应气缸301的排气门3011，第2涡轮增压器T2的第2压缩端TC2连通作为供给空气的外部空气，第2膨胀端TE2直接连通的内燃机30的对应气缸301的排气门3011与第1膨胀端TE1直接连通的内燃机30的对应气缸301的排气门3011不同，第2换热器HE2的一端连通第2涡轮增压器T2的第2压缩端TC2而另一端连通内燃机30的对应气缸301的进气门3012，第2换热器HE2连通的内燃机30的对应气缸301的进气门3012与第1换热器HE1连通的内燃机30的对应气缸301的进气门3012不同；在基于朗肯循环的余热回收回路10中，第1换热器HE1经由第1截止阀V1受控连通膨胀机102，第2换热器HE2经由第2截止阀V2受控连通膨胀机102，第1换热器HE1和第2换热器HE2经由三通阀W分别受控连通有机工质泵101；其中，第1膨胀端TE1直接接收并利用内燃机30的对应气缸301的排气门3011排出的废气的动力能对输入第1压缩端TC1中的外部空气进行压缩并输出压缩空气，第1换热器HE1接收第1压缩端TC1输出的压缩空气，液态有机工质经由三通阀W的控制进入第1换热器HE1，压缩空气与液态有机工质换热，以使压缩空气放热降温并使液态有机工质吸热蒸发为气态有机工质，第1换热器HE1将放热降温后的压缩空气输出至内燃机30的对应气缸301的进气门3012，且第1换热器HE1经由第1截止阀V1将气态有机工质输出至膨胀机102(可以通过调节第1截止阀V1的阀门开度调节进入膨胀机102的气态有机工质的流量)；第2膨胀端TE2直接接收并利用内燃机30的对应气缸301的排气门3011排出的废气的动力能对输入第2压缩端TC2中的外部空气进行压缩并输出压缩空气，第2换热器HE2接收第2压缩端TC2输出的压缩空气，液态有机工质经由三通阀W的控制进入第2换热器HE2，压缩空气与液态有机工质换热，以使压缩空气放热降温并使液态有机工质吸热蒸发为气态有机工质，第2换热器HE2将放热降温后的压缩空气输出至内燃机30的对应气缸301的进气门3012，且第2换热器HE2经由第2截止阀V2将气态有机工质输出至膨胀机102(可以通过调节第2截止阀V2的阀门开度调节进入膨胀机102的气态有机工质的流量)。
在根据本发明的内燃机的增压余热回收系统的一实施例中，参照图2，k＝2，2个涡轮增压系统C1、C2为串联的第1涡轮增压系统C1和第2涡轮增压系统C2，在第1涡轮增压系统C1中，第1涡轮增压器T1的第1压缩端TC1连通作为供给空气的外部空气，第1换热器HE1的一端连通第1涡轮增压器T1的第1压缩端TC1；在第2涡轮增压系统C2中，第2涡轮增压器T2的第2膨胀端TE2的一侧直接连通内燃机30的全部气缸301的排气门3011，第2膨胀端TE2的另一侧连通第1涡轮增压器T1的第1膨胀端TE1，第2换热器HE2的一端连通第2涡轮增压器T2的第2压缩端TC2，第2换热器HE2的另一端连通内燃机30的全部气缸301的进气门3012；在基于朗肯循环的余热回收回路10中，第1换热器HE1经由第1截止阀V1受控连通膨胀机102，第2换热器HE2经由第2截止阀V2受控连通膨胀机102，第1换热器HE1和第2换热器HE2经由三通阀W分别受控连通有机工质泵101；其中，第1膨胀端TE1利用来自第2膨胀端TE2的废气的动力能对输入第1压缩端TC1中的外部空气进行一次压缩并输出一次压缩空气，第1换热器HE1接收第1压缩端TC1输出的一次压缩空气，液态有机工质经由三通阀W的控制进入第1换热器HE1，一次压缩空气与液态有机工质换热，以使一次压缩空气放热降温并使液态有机工质吸热蒸发为气态有机工质，第1换热器HE1经由第1截止阀V1将气态有机工质输出至膨胀机102(可以通过调节第1截止阀V1的阀门开度调节进入膨胀机102的气态有机工质的流量)，且第1换热器HE1将放热降温后的一次压缩空气作为供给空气输入至第2涡轮增压器T2的第2压缩端TC2，第2膨胀端TE2利用直接来自内燃机30的全部气缸301的排气门3011排出的废气对输入至第2压缩端TC2中的一次压缩空气进行二次压缩并输出二次压缩空气，第2换热器HE2接收二次压缩空气，液态有机工质经由三通阀W的控制进入第2换热器HE2，二次压缩空气与液态有机工质换热，以使二次压缩空气放热降温并使液态有机工质吸热蒸发为气态有机工质，第2换热器HE2经由第2截止阀V2将气态有机工质输出至膨胀机102(可以通过调节第2截止阀V2的阀门开度调节进入膨胀机102的气态有机工质的流量)，且第2换热器HE2将放热降温后的二次压缩空气输出至内燃机30的全部气缸301的进气门3012。
在根据本发明的内燃机的增压余热回收系统的一实施例中，参照图3，k＝3，3个涡轮增压系统C1、C2、C3为串并联混合的第1涡轮增压系统C1、第2涡轮增压系统C2以及第3涡轮增压系统C3，第1涡轮增压系统C1与并联的第2涡轮增压系统C2和第3涡轮增压系统C3进行串联；在第1涡轮增压系统C1中，第1涡轮增压器T1的第1压缩端TC1连通作为供给空气的外部空气，第1换热器HE1的一端连通第1涡轮增压器T1的第1压缩端TC1；在第2涡轮增压系统C2中，第2涡轮增压器T2的第2膨胀端TE2的一侧直接连通内燃机30的对应气缸301的排气门3011，第2膨胀端TE2的另一侧连通第1涡轮增压器T1的第1膨胀端TE1，第2压缩端TC2的一侧通过增压用三通阀P受控连通第1换热器HE1的另一端，第2换热器HE2的一端连通第2涡轮增压器T2的第2压缩端TC2的另一侧而第2换热器HE2的另一端连通内燃机30的对应气缸301的进气门3012；在第3涡轮增压系统C3中，第3涡轮增压器T3的第3膨胀端TE3的一侧直接连通内燃机30的对应气缸301的排气门3011，第3膨胀端TE3的另一侧连通第1涡轮增压器T1的第1膨胀端TE1，第3压缩端TC3的一侧通过增压用三通阀P连通受控连通第1换热器HE1的所述另一端，第3膨胀端TE3直接连通的内燃机30的对应气缸301的排气门3011与第2膨胀端TE2直接连通的内燃机30的对应气缸301的排气门3011不同，第3换热器HE3的一端连通第3涡轮增压器T3的第3压缩端TC3的另一侧而第3换热器HE3的另一端连通内燃机30的对应气缸301的进气门3012，第3换热器HE3连通的内燃机30的对应气缸301的进气门3012与第2换热器JE2连通的内燃机30的对应气缸301的进气门3012不同；在基于朗肯循环的余热回收回路10中，第1换热器HE1经由第1截止阀V1受控连通膨胀机102，第2换热器HE2经由第2截止阀V2受控连通膨胀机102，第3换热器HE3经由第3截止阀V3受控连通膨胀机102，第1换热器HE1经由第1控制阀V'1和分液器F受控连通有机工质泵101，第2换热器HE2经由第2控制阀V'2和分液器F受控连通有机工质泵101，第3换热器HE3经由第3控制阀V'3和分液器F受控连通有机工质泵101；其中，第1膨胀端TE1利用来自第2膨胀端TE2和第3膨胀端TE3的废气的动力能对输入第1压缩端TC1中的外部空气进行一次压缩并输出一次压缩空气，第1换热器HE1接收第1压缩端TC1输出的一次压缩空气，液态有机工质经由分液器F和第1控制阀V'1的控制进入第1换热器HE1，一次压缩空气与液态有机工质换热，以使一次压缩空气放热降温并使液态有机工质吸热蒸发为气态有机工质，第1换热器HE1经由第1截止阀V1将气态有机工质输出至膨胀机102(可以通过调节第1截止阀V1的阀门开度调节进入膨胀机102的气态有机工质的流量)，且第1换热器HE1将放热降温后的一次压缩空气输出；当第2压缩端TC2的一侧通过增压用三通阀P的控制连通第1换热器HE1时，第1换热器HE1输出的一次压缩空气作为供给空气输入第2涡轮增压器T2的第2压缩端TC2，第2膨胀端TE2利用直接来自内燃机30的对应气缸301的排气门3011排出的废气对输入第2压缩端TC2的一次压缩空气进行二次压缩并输出二次压缩空气，第2换热器HE2接收二次压缩空气，液态有机工质经由分液器F和第2控制阀V'2的控制进入第2换热器HE2，二次压缩空气与液态有机工质换热，以使二次压缩空气放热降温并使液态有机工质吸热而蒸发为气态有机工质，第2换热器HE2经由第2截止阀V2将气态有机工质输出至膨胀机102(可以通过调节第2截止阀V2的阀门开度调节进入膨胀机102的气态有机工质的流量)，且第2换热器HE2将放热降温后的二次压缩空气输出至内燃机30的对应气缸301的进气门3012；当第3压缩端TC3的一侧通过增压用三通阀P的控制连通第1换热器HE1时，第1换热器HE1输出的一次压缩空气作为供给空气输入第3涡轮增压器T3的第3压缩端TC3，第3膨胀端TE3利用直接来自内燃机30的对应气缸301的排气门3011排出的废气对输入第3压缩端TC3的一次压缩空气进行二次压缩并输出二次压缩空气，第3换热器HE3接收二次压缩空气，液态有机工质经分液器F和第3控制阀V'3的控制进入第3换热器HE3，二次压缩空气与液态有机工质换热，以使二次压缩空气放热降温并使液态有机工质吸热而蒸发为气态有机工质，第3换热器HE3经由第3截止阀V3将气态有机工质输出至膨胀机102(可以通过调节第3截止阀V3的阀门开度调节进入膨胀机102的气态有机工质的流量)，且第3换热器HE3将放热降温后的二次压缩空气输出至内燃机30的对应气缸301的进气门3012。
在根据本发明的内燃机的增压余热回收系统的一实施例中，参照图4，k＝3，3个涡轮增压系统C1、C2、C3串并联混合的第1涡轮增压系统C1、第2涡轮增压系统C2以及第3涡轮增压系统C3，第3涡轮增压系统C3与并联的第1涡轮增压系统C1和第2涡轮增压系统C2进行串联；在第1涡轮增压系统C1中，第1涡轮增压器T1的第1压缩端TC1连通作为供给空气的外部空气，第1换热器HE1的一端连通第1涡轮增压器T1的第1压缩端TC1；在第2涡轮增压系统C2中，第2涡轮增压器T2的第2压缩端TC2连通作为供给空气的外部空气，第2换热器HE2的一端连通第2涡轮增压器T2的第2压缩端TC2；在第3涡轮增压系统C3中，第3涡轮增压器T3的第3膨胀端TE3的一侧直接连通内燃机30的全部气缸301的排气门3011，第3膨胀端TE3的另一侧经由增压用三通阀P的控制连通第1涡轮增压器T1的第1膨胀端TE1和第2涡轮增压器T2的第2膨胀端TE2，第3换热器HE3的一端连通第3涡轮增压器T3的第3压缩端TC3而第3换热器HE3的另一端连通内燃机30的全部气缸301的进气门3012；在基于朗肯循环的余热回收回路10中，第1换热器HE1经由第1截止阀V1受控连通膨胀机102，第2换热器HE2经由第2截止阀V2受控连通膨胀机102，第3换热器HE3经由第3截止阀V3受控连通膨胀机102，第1换热器HE1经由第1控制阀V'1和分液器F受控连通有机工质泵101，第2换热器HE2经由第2控制阀V'2和分液器F受控连通有机工质泵101，第3换热器HE3经由第3控制阀V'3和分液器F受控连通有机工质泵101；其中，当第1膨胀端TE1通过增压用三通阀P的控制连通第3膨胀端TE3时，第1膨胀端TE1基于利用来自第3膨胀端TE3的废气的动力能对输入第1压缩端TC1中的外部空气进行一次压缩并输出一次压缩空气，第1换热器HE1接收一次压缩空气，液态有机工质经由分液器F和第1控制阀V'1的控制进入第1换热器HE1，一次压缩空气与液态有机工质换热，以使一次压缩空气放热降温并使液态有机工质吸热蒸发为气态有机工质，第1换热器HE1经由第1截止阀V1将气态有机工质输出至膨胀机102(可以通过调节第1截止阀V1的阀门开度调节进入膨胀机102的气态有机工质的流量)，且第1换热器HE1将放热降温后的一次压缩空气作为供给空气输入至第3涡轮增压器T3的第3压缩端TC3，第3膨胀端TE3利用直接来自内燃机30的全部气缸301的排气门3011排出的废气对输入第3压缩端TC3的一次压缩空气进行二次压缩并输出二次压缩空气，第3换热器HE3接收二次压缩空气，液态有机工质经由分液器F和第3控制阀V'3的控制进入第3换热器HE3，二次压缩空气与有机工质换热，以使二次压缩空气放热降温并使液态有机工质吸热蒸发为气态有机工质，第3换热器HE3经由第3截止阀V3将气态有机工质输出至膨胀机102(可以通过调节第3截止阀V3的阀门开度调节进入膨胀机102的气态有机工质的流量)，且第3换热器HE3将放热降温后的二次压缩空气输出至内燃机30的全部气缸301的进气门3012；当第2膨胀端TE2通过增压用三通阀P的控制连通第3膨胀端TE3时，第2膨胀端TE2基于利用来自第3膨胀端TE3的废气的动力能对输入第2压缩端TC2中的外部空气进行一次压缩并输出一次压缩空气，第2换热器HE2接收一次压缩空气，液态有机工质经由分液器F和第2控制阀V'2的控制进入第2换热器HE2，一次压缩空气与液态有机工质换热，以使一次压缩空气放热降温并使液态有机工质吸热蒸发为气态有机工质，第2换热器HE2经由第2截止阀V2将气态有机工质输出至膨胀机102(可以通过调节第2截止阀V2的阀门开度调节进入膨胀机102的气态有机工质的流量)，且第2换热器HE2将放热降温后的一次压缩空气作为供给空气输入至第3涡轮增压器T3的第3压缩端TC3，第3膨胀端TE3利用直接来自内燃机30的全部气缸301的排气门3011排出的废气对输入第3压缩端TC3的一次压缩空气进行二次压缩并输出二次压缩空气，第3换热器HE3接收二次压缩空气，液态有机工质经由分液器F和第3控制阀V'3的控制进入第3换热器HE3，二次压缩空气与有机工质换热，以使二次压缩空气放热降温并使液态有机工质吸热蒸发为气态有机工质，第3换热器HE3经由第3截止阀V3将气态有机工质输出至膨胀机102(可以通过调节第3截止阀V3的阀门开度调节进入膨胀机102的气态有机工质的流量)，且第3换热器HE3将放热降温后的二次压缩空气输出至内燃机30的全部气缸301的进气门3012。
在根据本发明的内燃机的增压余热回收系统的一实施例中，参照图1至图4，气缸301的数量可为6个。当然不限于此，气缸301的数量可以依据实际情况变化。
本文以具体实施例及示范性实施例说明了各个特征。本领域技术人员在阅读本文后将作出处于随附权利要求的范围和精神内的许多其它的实施例、修改、以及变形。

Claims (10)

1.一种内燃机的增压余热回收系统，其特征在于，包括：
k个涡轮增压器(T1、T2、……、Tk)，其中第i(i＝1,2,…,k，且k≥2)涡轮增压器(Ti)具有第i膨胀端(TEi)和第i压缩端(TCi)，第i膨胀端(TEi)利用源自内燃机(30)的对应气缸(301)的排气门(3011)排出的废气的动力能对输入第i压缩端(TCi)中的供给空气进行压缩并输出压缩空气；
k个换热器(HE1、HE2、……、HEk)，其中第i换热器(HEi)连通第i涡轮增压器(Ti)的第i压缩端(TCi)；
有机工质泵(101)，连通外部的有机工质储液罐，k个换热器(HE1、HE2、……、HEk)设置在有机工质泵(101)的下游并受控连通有机工质泵(101)；
膨胀机(102)，设置在全部k个换热器(HE1、HE2、……、HEk)的下游并受控连通k个换热器(HE1、HE2、……、HEk)；
发电机(103)，受控连通外部的供电或储能装置且受控连通膨胀机(102)；以及
冷凝器(104)，设置在膨胀机(102)的下游并受控连通膨胀机(102)且受控连通外部的工质储液罐；
其中：
第i换热器(HEi)和第i涡轮增压器(Ti)形成第i涡轮增压系统(Ci)，从而k个涡轮增压器(T1、T2、……、Tk)和k个换热器(HE1、HE2、……、HEk)形成k个涡轮增压系统(C1、C2、……、Ck)，所述k个涡轮增压系统(C1、C2、……、Ck)为串联、并联或串并联混合；
有机工质泵(101)、k个换热器(HE1、HE2、……、HEk)、膨胀机(102)、发电机(103)以及冷凝器(104)形成基于朗肯循环的余热回收回路(10)；
基于朗肯循环的余热回收回路(10)的有机工质泵(101)从有机工质储液罐中泵出液态有机工质并受控向第i换热器(HEi)输送，第i涡轮增压系统(Ci)的第i涡轮增压器(Ti)的第i压缩端(TCi)将压缩空气向第i换热器(HEi)输送，输送到第i换热器(HEi)中的液态有机工质和压缩空气进行热交换，液态有机工质吸热并蒸发为气态有机工质，随后气态有机工质进入膨胀机(102)、驱动膨胀机(102)做功而驱动发电机(103)向外部供电装置或储能装置输出电能，膨胀机(102)做功后的乏气进入冷凝器(104)并冷却成液态且输送到有机工质储液罐；而压缩空气放热并降温，且降温的压缩空气经由第i换热器(HEi)输出，以供内燃机(30)使用。
2.根据权利要求1所述的内燃机的增压余热回收系统，其特征在于，有机工质泵(101)和k个换热器(HE1、HE2、……、HEk)之间设置有分液器(F)分液器(F)使有机工质泵(101)受控连通第i换热器(HEi)，用于控制输送到第i换热器(HEi)中的液态有机工质流量。
3.根据权利要求1所述的内燃机的增压余热回收系统，其特征在于，有机工质泵(101)和第i换热器(HEi)之间设置有第i控制阀(V'i)，用于调节输送到第i换热器(HEi)中的液态有机工质的压力和流量。
4.根据权利要求1所述的内燃机的增压余热回收系统，其特征在于，第i换热器(HEi)与膨胀机(102)之间设置有第i截止阀(Vi)，用于微调第i换热器(HEi)输出的气态有机工质进入膨胀机(102)之前的压力和流量。
5.根据权利要求1所述的内燃机的增压余热回收系统，其特征在于，内燃机的增压余热回收系统还包括：
控制器(20)，通信连接k个涡轮增压系统(C1、C2、……、Ck)及基于朗肯循环的余热回收回路(10)。
6.根据权利要求1所述的内燃机的增压余热回收系统，其特征在于，内燃机的增压余热回收系统还包括：
旁通回路(105)，一端连通膨胀机(102)的上游而另一端连通在膨胀机(102)的下游且所述另一端与冷凝器(104)连通；以及
电动阀门(106)，设置于旁通回路(105)，控制旁通回路(105)的流量。
7.根据权利要求1所述的内燃机的增压余热回收系统，其特征在于，
k＝2，2个涡轮增压系统(C1、C2)为并联的第1涡轮增压系统(C1)和第2涡轮增压系统(C2)，
在第1涡轮增压系统(C1)中，第1涡轮增压器(T1)的第1膨胀端(TE1)直接连通内燃机(30)的对应气缸(301)的排气门(3011)，第1涡轮增压器(T1)的第1压缩端(TC1)连通作为供给空气的外部空气，第1换热器(HE1)的一端连通第1涡轮增压器(T1)的第1压缩端(TC1)而另一端连通内燃机(30)的对应气缸(301)的进气门(3012)；
在第2涡轮增压系统(C2)中，第2涡轮增压器(T2)的第2膨胀端(TE2)直接连通内燃机(30)的对应气缸(301)的排气门(3011)，第2涡轮增压器(T2)的第2压缩端(TC2)连通作为供给空气的外部空气，第2膨胀端(TE2)直接连通的内燃机(30)的对应气缸(301)的排气门(3011)与第1膨胀端(TE1)直接连通的内燃机(30)的对应气缸(301)的排气门(3011)不同，第2换热器(HE2)的一端连通第2涡轮增压器(T2)的第2压缩端(TC2)而另一端连通内燃机(30)的对应气缸(301)的进气门(3012)，第2换热器(HE2)连通的内燃机(30)的对应气缸(301)的进气门(3012)与第1换热器(HE1)连通的内燃机(30)的对应气缸(301)的进气门(3012)不同；
在基于朗肯循环的余热回收回路(10)中，第1换热器(HE1)经由第1截止阀(V1)受控连通膨胀机(102)，第2换热器(HE2)经由第2截止阀(V2)受控连通膨胀机(102)，第1换热器(HE1)和第2换热器(HE2)经由三通阀(W)分别受控连通有机工质泵(101)；
其中，
第1膨胀端(TE1)直接接收并利用内燃机(30)的对应气缸(301)的排气门(3011)排出的废气的动力能对输入第1压缩端(TC1)中的外部空气进行压缩并输出压缩空气，第1换热器(HE1)接收第1压缩端(TC1)输出的压缩空气，液态有机工质经由三通阀(W)的控制进入第1换热器(HE1)，压缩空气与液态有机工质换热，以使压缩空气放热降温并使液态有机工质吸热蒸发为气态有机工质，第1换热器(HE1)将放热降温后的压缩空气输出至内燃机(30)的对应气缸(301)的进气门(3012)，且第1换热器(HE1)经由第1截止阀(V1)将气态有机工质输出至膨胀机(102)；
第2膨胀端(TE2)直接接收并利用内燃机(30)的对应气缸(301)的排气门(3011)排出的废气的动力能对输入第2压缩端(TC2)中的外部空气进行压缩并输出压缩空气，第2换热器(HE2)接收第2压缩端(TC2)输出的压缩空气，液态有机工质经由三通阀(W)的控制进入第2换热器(HE2)，压缩空气与液态有机工质换热，以使压缩空气放热降温并使液态有机工质吸热蒸发为气态有机工质，第2换热器(HE2)将放热降温后的压缩空气输出至内燃机(30)的对应气缸(301)的进气门(3012)，且第2换热器(HE2)经由第2截止阀(V2)将气态有机工质输出至膨胀机(102)。
8.根据权利要求1所述的内燃机的增压余热回收系统，其特征在于，
k＝2，2个涡轮增压系统(C1、C2)为串联的第1涡轮增压系统(C1)和第2涡轮增压系统(C2)，
在第1涡轮增压系统(C1)中，第1涡轮增压器(T1)的第1压缩端(TC1)连通作为供给空气的外部空气，第1换热器(HE1)的一端连通第1涡轮增压器(T1)的第1压缩端(TC1)；
在第2涡轮增压系统(C2)中，第2涡轮增压器(T2)的第2膨胀端(TE2)的一侧直接连通内燃机(30)的全部气缸(301)的排气门(3011)，第2膨胀端(TE2)的另一侧连通第1涡轮增压器(T1)的第1膨胀端(TE1)，第2换热器(HE2)的一端连通第2涡轮增压器(T2)的第2压缩端(TC2)，第2换热器(HE2)的另一端连通内燃机(30)的全部气缸(301)的进气门(3012)；
在基于朗肯循环的余热回收回路(10)中，第1换热器(HE1)经由第1截止阀(V1)受控连通膨胀机(102)，第2换热器(HE2)经由第2截止阀(V2)受控连通膨胀机(102)，第1换热器(HE1)和第2换热器(HE2)经由三通阀(W)分别受控连通有机工质泵(101)；
其中，
第1膨胀端(TE1)利用来自第2膨胀端(TE2)的废气的动力能对输入第1压缩端(TC1)中的外部空气进行一次压缩并输出一次压缩空气，第1换热器(HE1)接收第1压缩端(TC1)输出的一次压缩空气，液态有机工质经由三通阀(W)的控制进入第1换热器(HE1)一次压缩空气与液态有机工质换热，以使一次压缩空气放热降温并使液态有机工质吸热蒸发为气态有机工质，第1换热器(HE1)经由第1截止阀(V1)将气态有机工质输出至膨胀机(102)，且第1换热器(HE1)将放热降温后的一次压缩空气作为供给空气输入至第2涡轮增压器(T2)的第2压缩端(TC2)，第2膨胀端(TE2)利用直接来自内燃机(30)的全部气缸(301)的排气门(3011)排出的废气对输入至第2压缩端(TC2)中的一次压缩空气进行二次压缩并输出二次压缩空气，第2换热器(HE2)接收二次压缩空气，液态有机工质经由三通阀(W)的控制进入第2换热器(HE2)二次压缩空气与液态有机工质换热，以使二次压缩空气放热降温并使液态有机工质吸热蒸发为气态有机工质，第2换热器(HE2)经由第2截止阀(V2)将气态有机工质输出至膨胀机(102)，且第2换热器(HE2)将放热降温后的二次压缩空气输出至内燃机(30)的全部气缸(301)的进气门(3012)。
9.根据权利要求1所述的内燃机的增压余热回收系统，其特征在于，
k＝3，3个涡轮增压系统(C1、C2、C3)为串并联混合的第1涡轮增压系统(C1)、第2涡轮增压系统(C2)以及第3涡轮增压系统(C3)，第1涡轮增压系统(C1)与并联的第2涡轮增压系统(C2)和第3涡轮增压系统(C3)进行串联；
在第1涡轮增压系统(C1)中，第1涡轮增压器(T1)的第1压缩端(TC1)连通作为供给空气的外部空气，第1换热器(HE1)的一端连通第1涡轮增压器(T1)的第1压缩端(TC1)；
在第2涡轮增压系统(C2)中，第2涡轮增压器(T2)的第2膨胀端(TE2)的一侧直接连通内燃机(30)的对应气缸(301)的排气门(3011)，第2膨胀端(TE2)的另一侧连通第1涡轮增压器(T1)的第1膨胀端(TE1)，第2压缩端(TC2)的一侧通过增压用三通阀(P)受控连通第1换热器(HE1)的另一端，第2换热器(HE2)的一端连通第2涡轮增压器(T2)的第2压缩端(TC2)的另一侧而第2换热器(HE2)的另一端连通内燃机(30)的对应气缸(301)的进气门(3012)；
在第3涡轮增压系统(C3)中，第3涡轮增压器(T3)的第3膨胀端(TE3)的一侧直接连通内燃机(30)的对应气缸(301)的排气门(3011)，第3膨胀端(TE3)的另一侧连通第1涡轮增压器(T1)的第1膨胀端(TE1)，第3压缩端(TC3)的一侧通过增压用三通阀(P)连通受控连通第1换热器(HE1)的所述另一端，第3膨胀端(TE3)直接连通的内燃机(30)的对应气缸(301)的排气门(3011)与第2膨胀端(TE2)直接连通的内燃机(30)的对应气缸(301)的排气门(3011)不同，第3换热器(HE3)的一端连通第3涡轮增压器(T3)的第3压缩端(TC3)的另一侧而第3换热器(HE3)的另一端连通内燃机(30)的对应气缸(301)的进气门(3012)，第3换热器(HE3)连通的内燃机(30)的对应气缸(301)的进气门(3012)与第2换热器(HE2)连通的内燃机(30)的对应气缸(301)的进气门(3012)不同；
在基于朗肯循环的余热回收回路(10)中，第1换热器(HE1)经由第1截止阀(V1)受控连通膨胀机(102)，第2换热器(HE2)经由第2截止阀(V2)受控连通膨胀机(102)，第3换热器(HE3)经由第3截止阀(V3)受控连通膨胀机(102)，第1换热器(HE1)经由第1控制阀(V'1)和分液器(F)受控连通有机工质泵(101)，第2换热器(HE2)经由第2控制阀(V'2)和分液器(F)受控连通有机工质泵(101)，第3换热器(HE3)经由第3控制阀(V'3)和分液器(F)受控连通有机工质泵(101)；
其中，
第1膨胀端(TE1)利用来自第2膨胀端(TE2)和第3膨胀端(TE3)的废气的动力能对输入第1压缩端(TC1)中的外部空气进行一次压缩并输出一次压缩空气，第1换热器(HE1)接收第1压缩端(TC1)输出的一次压缩空气，液态有机工质经由分液器(F)和第1控制阀(V'1)的控制进入第1换热器(HE1)，一次压缩空气与液态有机工质换热，以使一次压缩空气放热降温并使液态有机工质吸热蒸发为气态有机工质，第1换热器(HE1)经由第1截止阀(V1)将气态有机工质输出至膨胀机(102)，且第1换热器(HE1)将放热降温后的一次压缩空气输出；
当第2压缩端(TC2)的一侧通过增压用三通阀(P)的控制连通第1换热器(HE1)时，第1换热器(HE1)输出的一次压缩空气作为供给空气输入第2涡轮增压器(T2)的第2压缩端(TC2)，第2膨胀端(TE2)利用直接来自内燃机(30)的对应气缸(301)的排气门(3011)排出的废气对输入第2压缩端(TC2)的一次压缩空气进行二次压缩并输出二次压缩空气，第2换热器(HE2)接收二次压缩空气，液态有机工质经由分液器(F)和第2控制阀(V'2)的控制进入第2换热器(HE2)，二次压缩空气与液态有机工质换热，以使二次压缩空气放热降温并使液态有机工质吸热而蒸发为气态有机工质，第2换热器(HE2)经由第2截止阀(V2)将气态有机工质输出至膨胀机(102)，且第2换热器(HE2)将放热降温后的二次压缩空气输出至内燃机(30)的对应气缸(301)的进气门(3012)；
当第3压缩端(TC3)的一侧通过增压用三通阀(P)的控制连通第1换热器(HE1)时，第1换热器(HE1)输出的一次压缩空气作为供给空气输入第3涡轮增压器(T3)的第3压缩端(TC3)，第3膨胀端(TE3)利用直接来自内燃机(30)的对应气缸(301)的排气门(3011)排出的废气对输入第3压缩端(TC3)的一次压缩空气进行二次压缩并输出二次压缩空气，第3换热器(HE3)接收二次压缩空气，液态有机工质经由分液器(F)和第3控制阀(V'3)的控制进入第3换热器(HE3)，二次压缩空气与液态有机工质换热，以使二次压缩空气放热降温并使液态有机工质吸热而蒸发为气态有机工质，第3换热器(HE3)经由第3截止阀(V3)将气态有机工质输出至膨胀机(102)，且第3换热器(HE3)将放热降温后的二次压缩空气输出至内燃机(30)的对应气缸(301)的进气门(3012)。
10.根据权利要求1所述的内燃机的增压余热回收系统，其特征在于，
k＝3，3个涡轮增压系统(C1、C2、C3)串并联混合的第1涡轮增压系统(C1)、第2涡轮增压系统(C2)以及第3涡轮增压系统(C3)，第3涡轮增压系统(C3)与并联的第1涡轮增压系统(C1)和第2涡轮增压系统(C2)进行串联；
在第1涡轮增压系统(C1)中，第1涡轮增压器(T1)的第1压缩端(TC1)连通作为供给空气的外部空气，第1换热器(HE1)的一端连通第1涡轮增压器(T1)的第1压缩端(TC1)；
在第2涡轮增压系统(C2)中，第2涡轮增压器(T2)的第2压缩端(TC2)连通作为供给空气的外部空气，第2换热器(HE2)的一端连通第2涡轮增压器(T2)的第2压缩端(TC2)；
在第3涡轮增压系统(C3)中，第3涡轮增压器(T3)的第3膨胀端(TE3)的一侧直接连通内燃机(30)的全部气缸(301)的排气门(3011)，第3膨胀端(TE3)的另一侧经由增压用三通阀(P)的控制连通第1涡轮增压器(T1)的第1膨胀端(TE1)和第2涡轮增压器(T2)的第2膨胀端(TE2)，第3换热器(HE3)的一端连通第3涡轮增压器(T3)的第3压缩端(TC3)而第3换热器(HE3)的另一端连通内燃机(30)的全部气缸(301)的进气门(3012)；
在基于朗肯循环的余热回收回路(10)中，第1换热器(HE1)经由第1截止阀(V1)受控连通膨胀机(102)，第2换热器(HE2)经由第2截止阀(V2)受控连通膨胀机(102)，第3换热器(HE3)经由第3截止阀(V3)受控连通膨胀机(102)，第1换热器(HE1)经由第1控制阀(V'1)和分液器(F)受控连通有机工质泵(101)，第2换热器(HE2)经由第2控制阀(V'2)和分液器(F)受控连通有机工质泵(101)，第3换热器(HE3)经由第3控制阀(V'3)和分液器(F)受控连通有机工质泵(101)；
其中，
当第1膨胀端(TE1)通过增压用三通阀(P)的控制连通第3膨胀端(TE3)时，第1膨胀端(TE1)基于利用来自第3膨胀端(TE3)的废气的动力能对输入第1压缩端(TC1)中的外部空气进行一次压缩并输出一次压缩空气，第1换热器(HE1)接收一次压缩空气，液态有机工质经由分液器(F)和第1控制阀(V'1)的控制进入第1换热器(HE1)，一次压缩空气与液态有机工质换热，以使一次压缩空气放热降温并使液态有机工质吸热蒸发为气态有机工质，第1换热器(HE1)经由第1截止阀(V1)将气态有机工质输出至膨胀机(102)，且第1换热器(HE1)将放热降温后的一次压缩空气作为供给空气输入至第3涡轮增压器(T3)的第3压缩端(TC3)，第3膨胀端(TE3)利用直接来自内燃机(30)的全部气缸(301)的排气门(3011)排出的废气对输入第3压缩端(TC3)的一次压缩空气进行二次压缩并输出二次压缩空气，第3换热器(HE3)接收二次压缩空气，液态有机工质经由分液器(F)和第3控制阀(V'3)的控制进入第3换热器(HE3)，二次压缩空气与有机工质换热，以使二次压缩空气放热降温并使液态有机工质吸热蒸发为气态有机工质，第3换热器(HE3)经由第3截止阀(V3)将气态有机工质输出至膨胀机(102)，且第3换热器(HE3)将放热降温后的二次压缩空气输出至内燃机(30)的全部气缸(301)的进气门(3012)；
当第2膨胀端(TE2)通过增压用三通阀(P)的控制连通第3膨胀端(TE3)时，第2膨胀端(TE2)基于利用来自第3膨胀端(TE3)的废气的动力能对输入第2压缩端(TC2)中的外部空气进行一次压缩并输出一次压缩空气，第2换热器(HE2)接收一次压缩空气，液态有机工质经由分液器(F)和第2控制阀(V'2)的控制进入第2换热器(HE2)，一次压缩空气与液态有机工质换热，以使一次压缩空气放热降温并使液态有机工质吸热蒸发为气态有机工质，第2换热器(HE2)经由第2截止阀(V2)将气态有机工质输出至膨胀机(102)，且第2换热器(HE2)将放热降温后的一次压缩空气作为供给空气输入至第3涡轮增压器(T3)的第3压缩端(TC3)，第3膨胀端(TE3)利用直接来自内燃机(30)的全部气缸(301)的排气门(3011)排出的废气对输入第3压缩端(TC3)的一次压缩空气进行二次压缩并输出二次压缩空气，第3换热器(HE3)接收二次压缩空气，液态有机工质经由分液器(F)和第3控制阀(V'3)的控制进入第3换热器(HE3)，二次压缩空气与有机工质换热，以使二次压缩空气放热降温并使液态有机工质吸热蒸发为气态有机工质，第3换热器(HE3)经由第3截止阀(V3)将气态有机工质输出至膨胀机(102)，且第3换热器(HE3)将放热降温后的二次压缩空气输出至内燃机(30)的全部气缸(301)的进气门(3012)。
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