CN105156165B - 内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统，其包括有机工质储液罐、压缩分流机构、高压换热器、高压侧气液分离器、高压级膨胀机、合流阀、低压级膨胀机、发电机组、冷凝器、低压换热器以及低压侧气液分离器。在根据本发明所述的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统中，采用一种有机工质通过内燃机废气回收的两级膨胀有机朗肯循环回路和用于内燃机冷却水回收的单级膨胀有机朗肯循环回路之间的耦合同时将内燃机E排出的冷却水和废气进行的余热回收发电，既能充分利用内燃机的废气及冷却水又能提高内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统的空间紧凑性。

Description

内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统

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两级有机朗肯循环余热回收系统。

背景技术

内燃机余热主要包括废气余热和冷却水余热两大部分，通过回收余热提高内燃机效率是内燃机节能减排的重要途径之一。有机朗肯循环技术是内燃机余热回收的关键技术之一。研究表明，采用有机朗肯循环系统回收余热，可以提高内燃机综合热效率5-15％，节能减排效果显著。

现有用于内燃机废气及冷却水余热回收的有机朗肯循环系统主要有两大类：1)采用一种工质、单个循环回收废气余热，利用冷却水余热对有机工质预热，回收部分冷水余热，或者完全不回收冷却水余热；2)采用两种工质，两个循环分别独立回收内燃机废气和冷却水余热。单工质、单循环系统相对简单，部件少，成本低，但不能充分回收内燃机余热；双工质、双循环系统虽然能够最大程度回收内燃机余热，但系统复杂、部件多、成本高，很难在内燃机上大规模应用。

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两级有机朗肯循环余热回收系统，其既能充分利用内燃机的废气及冷却水又能提高内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统的空间紧凑性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统，其包括有机工质储液罐、压缩分流机构、高压换热器、高压侧气液分离器、高压级膨胀机、合流阀、低压级膨胀机、发电机组、冷凝器、低压换热器以及低压侧气液分离器。

有机工质储液罐储存液态有机工质。

压缩分流机构连通于有机工质储液罐，用于接收来自有机工质储液罐的液态有机工质、对液态有机工质进行压缩并分流成低压液态有机工质和高压液态有机工质。

高压换热器具有：高压换热器用有机工质入口，接收压缩分流机构分流出的高压液态有机工质；高压换热器用有机工质出口；高压换热器用废气入口，连通于内燃机的内燃机用排气口；以及高压换热器用废气出口。

高压侧气液分离器具有：高压侧气液分离器入口，连通于高压换热器用有机工质出口；高压侧气液分离器气出口；以及高压侧气液分离器液出口，连通于有机工质储液罐。

高压级膨胀机具有：高压级膨胀机入口，连通于高压侧气液分离器气出口；以及高压级膨胀机出口。

合流阀具有：合流阀高压侧入口，连通于高压级膨胀机出口；合流阀低压侧入口；以及合流阀出口。

低压级膨胀机具有：低压级膨胀机入口，连通于合流阀出口；以及低压级膨胀机出口。

发电机组连接于高压级膨胀机以及低压级膨胀机，且连接于外部的供电或储能装置。

冷凝器具有：冷凝器入口，连通于低压级膨胀机出口；以及冷凝器出口，连通于有机工质储液罐。

低压换热器具有：低压换热器用有机工质入口，接收压缩分流机构分流出的低压液态有机工质；低压换热器用有机工质出口；低压换热器用冷却水入口，连通于内燃机的内燃机用冷却水出口；以及低压换热器用冷却水出口，连通于内燃机的内燃机用冷却水入口。

低压侧气液分离器具有：低压侧气液分离器入口，连通于低压换热器用有机工质出口；低压侧气液分离器气出口，连通于合流阀低压侧入口；以及低压侧气液分离器液出口，连通于有机工质储液罐。

其中，

有机工质储液罐、压缩分流机构、高压换热器、高压侧气液分离器、高压级膨胀机、合流阀、低压级膨胀机以及冷凝器构成用于内燃机废气回收的两级膨胀有机朗肯循环回路；

有机工质储液罐、压缩分流机构、低压换热器、低压侧气液分离器、合流阀、低压级膨胀机以及冷凝器构成用于内燃机冷却水回收的单级膨胀有机朗肯循环回路；

用于内燃机废气回收的两级膨胀有机朗肯循环回路和用于内燃机冷却水回收的单级膨胀有机朗肯循环回路共用低压级膨胀机、冷凝器以及有机工质储液罐，以实现用于内燃机废气回收的两级膨胀有机朗肯循环回路和用于内燃机冷却水回收的单级膨胀有机朗肯循环回路之间的耦合；

有机工质从有机工质储液罐中流出并进入压缩分流机构，压缩分流机构对接收的液态有机工质进行压缩并分流成低压液态有机工质和高压液态有机工质；

内燃机排出的废气通过高压换热器用废气入口进入高压换热器，压缩分流机构分流出的高压液态有机工质经由高压换热器用有机工质入口进入高压换热器；在高压换热器中，废气与高压液态有机工质进行换热，废气放热降温并经由高压换热器用废气出口排出，高压液态有机工质吸热升温而变为高压蒸汽态有机工质，高压蒸汽态有机工质包含通过高压液态有机工质蒸发而变成的高压气态有机工质以及未蒸发的高压液态有机工质；高压蒸汽态有机工质通过高压换热器用有机工质出口以及高压侧气液分离器入口进入高压侧气液分离器，以分离出未蒸发的高压液态有机工质，分离出的高压液态有机工质通过高压侧气液分离器液出口进入有机工质储液罐，高压蒸汽态有机工质中的高压气态有机工质通过高压侧气液分离器气出口以及高压级膨胀机入口进入高压级膨胀机，以带动高压级膨胀机进行第一级膨胀做功，驱动发电机组发电；做功后的高压液态有机工质变为压力降低的高压侧乏气，高压侧乏气通过高压级膨胀机出口以及合流阀高压侧入口进入合流阀；

内燃机排出的冷却水通过低压换热器用冷却水入口进入低压换热器，压缩分流机构分流出的低压液态有机工质经由低压换热器用有机工质入口进入低压换热器；在低压换热器内，低压液态有机工质与冷却水进行换热，冷却水放热降温、之后经由低压换热器用冷却水出口以及内燃机用冷却水入口进入内燃机中进行循环使用，低压液态有机工质吸热升温而变为低压蒸汽态有机工质，低压蒸汽态有机工质包含通过低压液态有机工质蒸发而变成的低压气态有机工质以及未蒸发的低压液态有机工质；低压蒸汽态有机工质通过低压换热器用有机工质出口以及低压侧气液分离器入口进入低压侧气液分离器，以分离出未蒸发的低压液态有机工质，分离出的低压液态有机工质通过低压侧气液分离器液出口进入有机工质储液罐，低压蒸汽态有机工质中的低压气态有机工质通过低压侧气液分离器气出口以及合流阀低压侧入口进入合流阀；

在合流阀中，高压侧乏气和低压气态有机工质合流形成混合有机工质，混合有机工质通过合流阀出口以及低压级膨胀机入口进入低压级膨胀机，带动低压级膨胀机进行第二级膨胀做功，驱动发电机组发电，做功后的混合有机工质变为低压侧乏气，低压侧乏气通过低压级膨胀机出口以及冷凝器入口进入冷凝器并冷凝为液态有机工质，然后经由冷凝器出口排出并输送到有机工质储液罐内。

本发明的有益效果如下：

在根据本发明所述的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统中，采用一种有机工质通过内燃机废气回收的两级膨胀有机朗肯循环回路和用于内燃机冷却水回收的单级膨胀有机朗肯循环回路之间的耦合同时将内燃机排出的冷却水和废气进行的余热回收发电，既能充分利用内燃机的废气及冷却水又能提高内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统的空间紧凑性。

附图说明

图1是根据本发明的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统的一实施例的结构示意图；

图2是根据本发明的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统的另一实施例的结构示意图；

图3是根据本发明的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统的再一实施例的结构示意图；

图4是根据本发明的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统的又一实施例的结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

E内燃机

G1内燃机用进气口

G2内燃机用排气口

W1内燃机用冷却水出口

W2内燃机用冷却水入口

11有机工质储液罐

111有机工质储液罐第一入口

112机工质储液罐第二入口

113机工质储液罐出口

12压缩分流机构

121低压工质泵

1211低压工质泵入口

1212低压工质泵出口

122分流阀

1221分流阀入口

1222分流阀高压侧出口

1223分流阀低压侧出口

123高压工质泵

1231高压工质泵入口

1232高压工质泵出口

124电控减压阀

1241电控减压阀入口

1242电控减压阀出口

13高压换热器

131高压换热器用有机工质入口

132高压换热器用有机工质出口

133高压换热器用废气入口

134高压换热器用废气出口

14高压侧气液分离器

141高压侧气液分离器入口

142高压侧气液分离器气出口

143高压侧气液分离器液出口

15高压级膨胀机

151高压级膨胀机入口

152高压级膨胀机出口

16合流阀

161合流阀高压侧入口

162合流阀低压侧入口

163合流阀出口

17低压级膨胀机

171低压级膨胀机入口

172低压级膨胀机出口

18发电机组

181高压级发电机

182低压级发电机

183机组发电机

19冷凝器

191冷凝器入口

192冷凝器出口

193风机

20低压换热器

201低压换热器用有机工质入口

202低压换热器用有机工质出口

203低压换热器用冷却水入口

204低压换热器用冷却水出口

21低压侧气液分离器

211低压侧气液分离器入口

212低压侧气液分离器气出口

213低压侧气液分离器液出口

具体实施方式

下面参照附图来说明根据本发明的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统。

参照图1至图4，根据本发明的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统，包括有机工质储液罐11、压缩分流机构12、高压换热器13、高压侧气液分离器14、高压级膨胀机15、合流阀16、低压级膨胀机17、发电机组18、冷凝器19、低压换热器20、以及低压侧气液分离器21。

有机工质储液罐11储存液态有机工质。

压缩分流机构12连通于有机工质储液罐11，用于接收来自有机工质储液罐11的液态有机工质、对液态有机工质进行压缩并分流成低压液态有机工质和高压液态有机工质。

高压换热器13具有：高压换热器用有机工质入口131，接收压缩分流机构12分流出的高压液态有机工质；高压换热器用有机工质出口132；高压换热器用废气入口133，连通于内燃机E的内燃机用排气口G2；以及高压换热器用废气出口134。

高压侧气液分离器14具有：高压侧气液分离器入口141，连通于高压换热器用有机工质出口132；高压侧气液分离器气出口142；以及高压侧气液分离器液出口143，连通于有机工质储液罐11。

高压级膨胀机15具有：高压级膨胀机入口151，连通于高压侧气液分离器气出口142；以及高压级膨胀机出口152。

合流阀16具有：合流阀高压侧入口161，连通于高压级膨胀机出口152；合流阀低压侧入口162；以及合流阀出口163。

低压级膨胀机17具有：低压级膨胀机入口171，连通于合流阀出口163；以及低压级膨胀机出口172。

发电机组18连接于高压级膨胀机15以及低压级膨胀机17，且连接于外部的供电或储能装置。

冷凝器19具有：冷凝器入口191，连通于低压级膨胀机出口172；以及冷凝器出口192，连通于有机工质储液罐11。

低压换热器20具有：低压换热器用有机工质入口201，接收压缩分流机构12分流出的低压液态有机工质；低压换热器用有机工质出口202；低压换热器用冷却水入口203，连通于内燃机E的内燃机用冷却水出口W1；以及低压换热器用冷却水出口204，连通于内燃机E的内燃机用冷却水入口W2。

低压侧气液分离器21具有：低压侧气液分离器入口211，连通于低压换热器用有机工质出口202；低压侧气液分离器气出口212，连通于合流阀低压侧入口162；以及低压侧气液分离器液出口213，连通于有机工质储液罐11。

其中，

有机工质储液罐11、压缩分流机构12、高压换热器13、高压侧气液分离器14、高压级膨胀机15、合流阀16、低压级膨胀机17以及冷凝器19构成用于内燃机废气回收的两级膨胀有机朗肯循环回路；

有机工质储液罐11、压缩分流机构12、低压换热器20、低压侧气液分离器21、合流阀16、低压级膨胀机17以及冷凝器19构成用于内燃机冷却水回收的单级膨胀有机朗肯循环回路；

用于内燃机废气回收的两级膨胀有机朗肯循环回路和用于内燃机冷却水回收的单级膨胀有机朗肯循环回路共用低压级膨胀机17、冷凝器19以及有机工质储液罐11，以实现用于内燃机废气回收的两级膨胀有机朗肯循环回路和用于内燃机冷却水回收的单级膨胀有机朗肯循环回路之间的耦合；

有机工质从有机工质储液罐11中流出并进入压缩分流机构12，压缩分流机构12对接收的液态有机工质进行压缩并分流成低压液态有机工质和高压液态有机工质；

内燃机E排出的废气通过高压换热器用废气入口133进入高压换热器13，压缩分流机构12分流出的高压液态有机工质经由高压换热器用有机工质入口131进入高压换热器13；在高压换热器13中，废气与高压液态有机工质进行换热，废气放热降温并经由高压换热器用废气出口134排出，高压液态有机工质吸热升温而变为高压蒸汽态有机工质，高压蒸汽态有机工质包含通过高压液态有机工质蒸发而变成的高压气态有机工质以及未蒸发的高压液态有机工质；高压蒸汽态有机工质通过高压换热器用有机工质出口132以及高压侧气液分离器入口141进入高压侧气液分离器14，以分离出未蒸发的高压液态有机工质，分离出的高压液态有机工质通过高压侧气液分离器液出口143进入有机工质储液罐11，高压蒸汽态有机工质中的高压气态有机工质通过高压侧气液分离器气出口142以及高压级膨胀机入口151进入高压级膨胀机15，以带动高压级膨胀机15进行第一级膨胀做功，驱动发电机组18发电；做功后的高压液态有机工质变为压力降低的高压侧乏气，高压侧乏气通过高压级膨胀机出口152以及合流阀高压侧入口161进入合流阀16；

内燃机E排出的冷却水通过低压换热器用冷却水入口203进入低压换热器20，压缩分流机构12分流出的低压液态有机工质经由低压换热器用有机工质入口201进入低压换热器20；在低压换热器20内，低压液态有机工质与冷却水进行换热，冷却水放热降温、之后经由低压换热器用冷却水出口204以及内燃机用冷却水入口W2进入内燃机E中进行循环使用，低压液态有机工质吸热升温而变为低压蒸汽态有机工质，低压蒸汽态有机工质包含通过低压液态有机工质蒸发而变成的低压气态有机工质以及未蒸发的低压液态有机工质；低压蒸汽态有机工质通过低压换热器用有机工质出口202以及低压侧气液分离器入口211进入低压侧气液分离器21，以分离出未蒸发的低压液态有机工质，分离出的低压液态有机工质通过低压侧气液分离器液出口213进入有机工质储液罐11，低压蒸汽态有机工质中的低压气态有机工质通过低压侧气液分离器气出口212以及合流阀低压侧入口162进入合流阀16；

在合流阀16中，高压侧乏气和低压气态有机工质合流形成混合有机工质，混合有机工质通过合流阀出口163以及低压级膨胀机入口171进入低压级膨胀机17，带动低压级膨胀机17进行第二级膨胀做功，驱动发电机组18发电，做功后的混合有机工质变为低压侧乏气，低压侧乏气通过低压级膨胀机出口172以及冷凝器入口191进入冷凝器19并冷凝为液态有机工质，然后经由冷凝器出口192排出并输送到有机工质储液罐11内。

在根据本发明所述的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统中，采用一种有机工质通过内燃机废气回收的两级膨胀有机朗肯循环回路和用于内燃机冷却水回收的单级膨胀有机朗肯循环回路之间的耦合同时将内燃机E排出的冷却水和废气进行的余热回收发电，既能充分利用内燃机E的废气及冷却水又能提高内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统的空间紧凑性。

在一实施例中，进入合流阀16的高压侧乏气与低压气态有机工质具有相同的压力。当然不限于此，可以视具体情况变化，例如进入合流阀16的高压侧乏气的压力可高于或低于低压气态有机工质的压力。

在根据本发明所述的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统中，高压级膨胀机15以及低压级膨胀机17可根据设计转速的匹配情况，选择直接连接或通过减速机构(未示出)减速后再连接发电机组18。

在根据本发明所述的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统中，在一实施例中，参照图1和图3，压缩分流机构12可包括低压工质泵121、分流阀122以及高压工质泵123。低压工质泵121具有：低压工质泵入口1211，连通于有机工质储液罐11，低压工质泵121经由低压工质泵入口1211接收来自有机工质储液罐11的液态有机工质；以及低压工质泵出口1212，低压工质泵121将经由低压工质泵入口1211进入低压工质泵121内的低压液态有机工质增压成低压液态有机工质并将低压液态有机工质经由低压工质泵出口1212排出。分流阀122具有：分流阀入口1221，连通于低压工质泵出口1212并接收低压液态有机工质；分流阀高压侧出口1222，将经由分流阀入口1221进入分流阀122中的低压液态有机工质分流并排出分流出的低压液态有机工质；以及分流阀低压侧出口1223，连通于低压换热器用有机工质入口201，将经由分流阀入口1221进入分流阀122中的低压液态有机工质分流并排出分流出的低压液态有机工质，排出的分流出的低压液态有机工质经由低压换热器用有机工质入口201进入低压换热器20内。高压工质泵123具有：高压工质泵入口1231，连通于分流阀高压侧出口1222，高压工质泵123经由高压工质泵入口1231接收低压液态有机工质；以及高压工质泵出口1232，连通于分流阀高压侧出口1222，高压工质泵123将经由高压工质泵入口1231进入高压工质泵123内的低压液态有机工质增压成高压液态有机工质，高压液态有机工质经由高压工质泵出口1232和高压换热器用有机工质入口131进入高压换热器13内。其中，有机工质储液罐11、低压工质泵121、分流阀122、高压工质泵123、高压换热器13、高压侧气液分离器14、高压级膨胀机15、合流阀16、低压级膨胀机17以及冷凝器19构成用于内燃机废气回收的两级膨胀有机朗肯循环回路；有机工质储液罐11、低压工质泵121、分流阀122、低压换热器20、低压侧气液分离器21、合流阀16、低压级膨胀机17以及冷凝器19构成用于内燃机冷却水回收的单级膨胀有机朗肯循环回路。在该实施例中，低压工质泵121将经由低压工质泵入口1211进入低压工质泵121内的低压液态有机工质增压成低压液态有机工质，分流阀低压侧出口1223将经由分流阀入口1221进入分流阀122中的低压液态有机工质分流并向低压换热器用有机工质入口201输送，分流阀高压侧出口1222将经由分流阀入口1221进入分流阀122中的低压液态有机工质分流并向高压工质泵入口1231输送，高压工质泵123将经由高压工质泵入口1231进入高压工质泵123内的低压液态有机工质增压成高压液态有机工质，由此实现压缩分流机构12的压缩分流。在这里补充说明的是，分流阀122可以根据设定好的流量分配比例而进行分流；可通过调节低压工质泵121、高压工质泵123的转速特性和分流阀122的分配比例来控制进入高压换热器13、低压换热器20的液态有机工质的流量和蒸发压力最终实现匹配内燃机在不同工况下的余热负荷的目的。在根据本发明所述的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统中，在一实施例中，参照图2和图4，压缩分流机构12可包括高压工质泵123、分流阀122以及电控减压阀124。高压工质泵123具有：高压工质泵入口1231，连通于有机工质储液罐11，高压工质泵123经由高压工质泵入口1231接收来自有机工质储液罐11的液态有机工质；以及高压工质泵出口1232，高压工质泵123将经由高压工质泵入口1231进入高压工质泵123内的液态有机工质增压成高压液态有机工质并将高压液态有机工质经由高压工质泵出口1232排出。分流阀122具有：分流阀入口1221，连通于高压工质泵出口1232并接收高压液态有机工质；分流阀高压侧出口1222，连通于高压换热器用有机工质入口131，将经由分流阀入口1221进入分流阀122中的高压液态有机工质分流并排出分流出的高压液态有机工质，排出的分流出的高压液态有机工质经由高压换热器用有机工质入口131进入高压换热器13内；以及分流阀低压侧出口1223，将经由分流阀入口1221进入分流阀122中的高压液态有机工质分流并排出分流出的高压液态有机工质。电控减压阀124具有：电控减压阀入口1241，连通于分流阀低压侧出口1223，电控减压阀124经由电控减压阀入口1241接收来自分流阀低压侧出口1223的高压液态有机工质；以及电控减压阀出口1242，连通于低压换热器用有机工质入口201，电控减压阀124将经由电控减压阀入口1241进入电控减压阀124内的高压液态有机工质减压成低压液态有机工质，低压液态有机工质经由电控减压阀出口1242和低压换热器用有机工质入口201进入低压换热器20内。其中，有机工质储液罐11、高压工质泵123、分流阀122、高压换热器13、高压侧气液分离器14、高压级膨胀机15、合流阀16、低压级膨胀机17以及冷凝器19构成用于内燃机废气回收的两级膨胀有机朗肯循环回路；有机工质储液罐11、高压工质泵123、分流阀122、电控减压阀124、低压换热器20、低压侧气液分离器21、合流阀16、低压级膨胀机17以及冷凝器19构成用于内燃机冷却水回收的单级膨胀有机朗肯循环回路。在该实施例中，高压工质泵123将经由高压工质泵入口1231进入高压工质泵123内的液态有机工质增压成高压液态有机工质，分流阀高压侧出口1222将经由分流阀入口1221进入分流阀122中的高压液态有机工质分流并向高压换热器用有机工质入口131输送，分流阀低压侧出口1223将经由分流阀入口1221进入分流阀122中的高压液态有机工质分流并向电控减压阀入口1241输送，电控减压阀124将经由电控减压阀入口1241进入电控减压阀124内的高压液态有机工质减压成低压液态有机工质，由此实现压缩分流机构12的压缩分流。在这里补充说明的是，分流阀122可以根据设定好的流量分配比例而进行分流；电控减压阀124可根据设定好的减压压力来进行减压；通过调节高压工质泵123的转速特性、分流阀122的流量分配比例和电控减压阀124的减压特性控制进入高压换热器13、低压换热器20的液态有机工质的流量和蒸发压力，最终实现匹配内燃机在不同工况下的余热负荷的目的。在这里补充说明的是，同图1和图3的压缩分流机构12相比，采用图2和图4所示的所示的压缩分流机构12采用了电控减压阀124而省略了图1和图3的低压工质泵121。由于省略了图1和图3的低压工质泵121，故图2和图4所示的所示的压缩分流机构12更紧凑。

在根据本发明所述的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统中，在一实施例中，参照图1和图2，发电机组18可包括：高压级发电机181，连接于高压级膨胀机15，且连接于外部的供电或储能装置；以及低压级发电机182，连接于低压级膨胀机17，且连接于外部的供电或储能装置。在本实施例中，高压级膨胀机15与高压级发电机181为一组，而低压级膨胀机17和低压级发电机182为一组，这两组各自进行膨胀发电。在根据本发明所述的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统中，在一实施例中，高压级发电机181和低压级发电机182可分别连接于不同的外部的供电或储能装置。

在根据本发明所述的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统中，在一实施例中，高压级发电机181和低压级发电机182可连接于同一外部的供电或储能装置。

在根据本发明所述的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统中，在一实施例中，参照图3和图4，低压级膨胀机17与高压级膨胀机15同轴连接。发电机组18包括：机组发电机183，同轴连接于高压级膨胀机15和低压级膨胀机17，位于低压级膨胀机17外侧，且连接于外部的供电或储能装置。在本实施例中，高压级膨胀机15和低压级膨胀机17共同驱动机组发电机183。在这里补充说明的是，高压级膨胀机15和低压级膨胀机17可选择直接同轴连接于机组发电机组183或通过减速机构(未示出)减速后再同轴连接于机组发电机183，可以视低高压级膨胀机15与压级膨胀机17的设计转速的匹配情况来确定。与图1和图2的膨胀机组18相比，图3和图4的膨胀机组18仅采用一台发电机，从而使得膨胀机组18更紧凑。

在根据本发明所述的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统中，在一实施例中，参照图1至图4，有机工质储液罐11具有：有机工质储液罐第一入口111，连通于有机工质冷凝器出口192；有机工质储液罐第二入口112，连通于高压侧气液分离器液出口143和低压侧气液分离器液出口213；以及有机工质储液罐出口113，连通于压缩分流机构12。

在根据本发明所述的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统中，在一实施例中，参照图1至图4，冷凝器19可采用风机193进行风冷，以使进入冷凝器19中的低压侧乏气冷凝为液态有机工质。

在根据本发明所述的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统中，在一实施例中，冷凝器19可采用水冷方式，以使进入冷凝器19中的低压侧乏气冷凝为液态有机工质。

最后说明的是，图1至图4中的G1为内燃机用进气口，供入内燃机E内的燃料与经由内燃机用进气口G1进入内燃机E中的气体在内燃机E内燃烧做功而产生废气，废气经由内燃机用排气口G2排出。

Claims (10)

1.一种内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统，其特征在于，包括：

有机工质储液罐(11)，储存液态有机工质；

压缩分流机构(12)，连通于有机工质储液罐(11)，用于接收来自有机工质储液罐(11)的液态有机工质、对液态有机工质进行压缩并分流成低压液态有机工质和高压液态有机工质；

高压换热器(13)，具有：

高压换热器用有机工质入口(131)，接收压缩分流机构(12)分流出的高压液态有机工质；

高压换热器用有机工质出口(132)；

高压换热器用废气入口(133)，连通于内燃机(E)的内燃机用排气口(G2)；以及

高压换热器用废气出口(134)；

高压侧气液分离器(14)，具有：

高压侧气液分离器入口(141)，连通于高压换热器用有机工质出口(132)；

高压侧气液分离器气出口(142)；以及

高压侧气液分离器液出口(143)，连通于有机工质储液罐(11)；

高压级膨胀机(15)，具有：

高压级膨胀机入口(151)，连通于高压侧气液分离器气出口(142)；

以及

高压级膨胀机出口(152)；

合流阀(16)，具有：

合流阀高压侧入口(161)，连通于高压级膨胀机出口(152)；

合流阀低压侧入口(162)；以及

合流阀出口(163)；

低压级膨胀机(17)，具有：

低压级膨胀机入口(171)，连通于合流阀出口(163)；以及

低压级膨胀机出口(172)；

发电机组(18)，连接于高压级膨胀机(15)以及低压级膨胀机(17)，且连接于外部的供电或储能装置；

冷凝器(19)，具有：

冷凝器入口(191)，连通于低压级膨胀机出口(172)；以及

冷凝器出口(192)，连通于有机工质储液罐(11)；

低压换热器(20)，具有：

低压换热器用有机工质入口(201)，接收压缩分流机构(12)分流出的低压液态有机工质；

低压换热器用有机工质出口(202)；

低压换热器用冷却水入口(203)，连通于内燃机(E)的内燃机用冷却水出口(W1)；以及

低压换热器用冷却水出口(204)，连通于内燃机(E)的内燃机用冷却水入口(W2)；

低压侧气液分离器(21)，具有：

低压侧气液分离器入口(211)，连通于低压换热器用有机工质出口(202)；

低压侧气液分离器气出口(212)，连通于合流阀低压侧入口(162)；

以及

低压侧气液分离器液出口(213)，连通于有机工质储液罐(11)；

其中，

有机工质储液罐(11)、压缩分流机构(12)、高压换热器(13)、高压侧气液分离器(14)、高压级膨胀机(15)、合流阀(16)、低压级膨胀机(17)以及冷凝器(19)构成用于内燃机废气回收的两级膨胀有机朗肯循环回路；

有机工质储液罐(11)、压缩分流机构(12)、低压换热器(20)、低压侧气液分离器(21)、合流阀(16)、低压级膨胀机(17)以及冷凝器(19)构成用于内燃机冷却水回收的单级膨胀有机朗肯循环回路；

用于内燃机废气回收的两级膨胀有机朗肯循环回路和用于内燃机冷却水回收的单级膨胀有机朗肯循环回路共用压缩分流机构(12)、合流阀(16)、低压级膨胀机(17)、冷凝器(19)以及有机工质储液罐(11)，以实现用于内燃机废气回收的两级膨胀有机朗肯循环回路和用于内燃机冷却水回收的单级膨胀有机朗肯循环回路之间的耦合；

有机工质从有机工质储液罐(11)中流出并进入压缩分流机构(12)，压缩分流机构(12)对接收的液态有机工质进行压缩并分流成低压液态有机工质和高压液态有机工质；

内燃机(E)排出的废气通过高压换热器用废气入口(133)进入高压换热器(13)，压缩分流机构(12)分流出的高压液态有机工质经由高压换热器用有机工质入口(131)进入高压换热器(13)；在高压换热器(13)中，废气与高压液态有机工质进行换热，废气放热降温并经由高压换热器用废气出口(134)排出，高压液态有机工质吸热升温而变为高压蒸汽态有机工质，高压蒸汽态有机工质包含通过高压液态有机工质蒸发而变成的高压气态有机工质以及未蒸发的高压液态有机工质；高压蒸汽态有机工质通过高压换热器用有机工质出口(132)以及高压侧气液分离器入口(141)进入高压侧气液分离器(14)，以分离出未蒸发的高压液态有机工质，分离出的高压液态有机工质通过高压侧气液分离器液出口(143)进入有机工质储液罐(11)，高压蒸汽态有机工质中的高压气态有机工质通过高压侧气液分离器气出口(142)以及高压级膨胀机入口(151)进入高压级膨胀机(15)，以带动高压级膨胀机(15)进行第一级膨胀做功，驱动发电机组(18)发电；做功后的高压液态有机工质变为压力降低的高压侧乏气，高压侧乏气通过高压级膨胀机出口(152)以及合流阀高压侧入口(161)进入合流阀(16)；

内燃机(E)排出的冷却水通过低压换热器用冷却水入口(203)进入低压换热器(20)，压缩分流机构(12)分流出的低压液态有机工质经由低压换热器用有机工质入口(201)进入低压换热器(20)；在低压换热器(20)内，低压液态有机工质与冷却水进行换热，冷却水放热降温、之后经由低压换热器用冷却水出口(204)以及内燃机用冷却水入口(W2)进入内燃机(E)中进行循环使用，低压液态有机工质吸热升温而变为低压蒸汽态有机工质，低压蒸汽态有机工质包含通过低压液态有机工质蒸发而变成的低压气态有机工质以及未蒸发的低压液态有机工质；低压蒸汽态有机工质通过低压换热器用有机工质出口(202)以及低压侧气液分离器入口(211)进入低压侧气液分离器(21)，以分离出未蒸发的低压液态有机工质，分离出的低压液态有机工质通过低压侧气液分离器液出口(213)进入有机工质储液罐(11)，低压蒸汽态有机工质中的低压气态有机工质通过低压侧气液分离器气出口(212)以及合流阀低压侧入口(162)进入合流阀(16)；

在合流阀(16)中，高压侧乏气和低压气态有机工质合流形成混合有机工质，混合有机工质通过合流阀出口(163)以及低压级膨胀机入口(171)进入低压级膨胀机(17)，带动低压级膨胀机(17)进行第二级膨胀做功，驱动发电机组(18)发电，做功后的混合有机工质变为低压侧乏气，低压侧乏气通过低压级膨胀机出口(172)以及冷凝器入口(191)进入冷凝器(19)并冷凝为液态有机工质，然后经由冷凝器出口(192)排出并输送到有机工质储液罐(11)内。

2.根据权利要求1所述的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统，其特征在于，压缩分流机构(12)包括：

低压工质泵(121)，具有：

低压工质泵入口(1211)，连通于有机工质储液罐(11)，低压工质泵(121)经由低压工质泵入口(1211)接收来自有机工质储液罐(11)的液态有机工质；以及

低压工质泵出口(1212)，低压工质泵(121)将经由低压工质泵入口(1211)进入低压工质泵(121)内的低压液态有机工质增压成低压液态有机工质并将低压液态有机工质经由低压工质泵出口(1212)排出；

分流阀(122)，具有：

分流阀入口(1221)，连通于低压工质泵出口(1212)并接收低压液态有机工质；

分流阀高压侧出口(1222)，将经由分流阀入口(1221)进入分流阀(122)中的低压液态有机工质分流并排出分流出的低压液态有机工质；以及

分流阀低压侧出口(1223)，连通于低压换热器用有机工质入口(201)，将经由分流阀入口(1221)进入分流阀(122)中的低压液态有机工质分流并排出分流出的低压液态有机工质，排出的分流出的低压液态有机工质经由低压换热器用有机工质入口(201)进入低压换热器(20)内；

高压工质泵(123)，具有：

高压工质泵入口(1231)，连通于分流阀高压侧出口(1222)，高压工质泵(123)经由高压工质泵入口(1231)接收低压液态有机工质；

以及

高压工质泵出口(1232)，连通于分流阀高压侧出口(1222)，高压工质泵(123)将经由高压工质泵入口(1231)进入高压工质泵(123)内的低压液态有机工质增压成高压液态有机工质，高压液态有机工质经由高压工质泵出口(1232)和高压换热器用有机工质入口(131)进入高压换热器(13)内；

其中，有机工质储液罐(11)、低压工质泵(121)、分流阀(122)、高压工质泵(123)、高压换热器(13)、高压侧气液分离器(14)、高压级膨胀机(15)、合流阀(16)、低压级膨胀机(17)以及冷凝器(19)构成用于内燃机废气回收的两级膨胀有机朗肯循环回路；

有机工质储液罐(11)、低压工质泵(121)、分流阀(122)、低压换热器(20)、低压侧气液分离器(21)、合流阀(16)、低压级膨胀机(17)以及冷凝器(19)构成用于内燃机冷却水回收的单级膨胀有机朗肯循环回路。

3.根据权利要求1所述的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统，其特征在于，压缩分流机构(12)包括：

高压工质泵(123)，具有：

高压工质泵入口(1231)，连通于有机工质储液罐(11)，高压工质泵(123)经由高压工质泵入口(1231)接收来自有机工质储液罐(11)的液态有机工质；以及

高压工质泵出口(1232)，高压工质泵(123)将经由高压工质泵入口(1231)进入高压工质泵(123)内的液态有机工质增压成高压液态有机工质并将高压液态有机工质经由高压工质泵出口(1232)排出；

分流阀(122)，具有：

分流阀入口(1221)，连通于高压工质泵出口(1232)并接收高压液态有机工质；

分流阀高压侧出口(1222)，连通于高压换热器用有机工质入口(131)，将经由分流阀入口(1221)进入分流阀(122)中的高压液态有机工质分流并排出分流出的高压液态有机工质，排出的分流出的高压液态有机工质经由高压换热器用有机工质入口(131)进入高压换热器(13)内；以及

分流阀低压侧出口(1223)，将经由分流阀入口(1221)进入分流阀(122)中的高压液态有机工质分流并排出分流出的高压液态有机工质；以及

电控减压阀(124)，具有：

电控减压阀入口(1241)，连通于分流阀低压侧出口(1223)，电控减压阀(124)经由电控减压阀入口(1241)接收来自分流阀低压侧出口(1223)的高压液态有机工质；以及

电控减压阀出口(1242)，连通于低压换热器用有机工质入口(201)，电控减压阀(124)将经由电控减压阀入口(1241)进入电控减压阀(124)内的高压液态有机工质减压成低压液态有机工质，低压液态有机工质经由电控减压阀出口(1242)和低压换热器用有机工质入口(201)进入低压换热器(20)内；

其中，有机工质储液罐(11)、高压工质泵(123)、分流阀(122)、高压换热器(13)、高压侧气液分离器(14)、高压级膨胀机(15)、合流阀(16)、低压级膨胀机(17)以及冷凝器(19)构成用于内燃机废气回收的两级膨胀有机朗肯循环回路；

有机工质储液罐(11)、高压工质泵(123)、分流阀(122)、电控减压阀(124)、低压换热器(20)、低压侧气液分离器(21)、合流阀(16)、低压级膨胀机(17)以及冷凝器(19)构成用于内燃机冷却水回收的单级膨胀有机朗肯循环回路。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统，其特征在于，发电机组(18)包括：

高压级发电机(181)，连接于高压级膨胀机(15)，且连接于外部的供电或储能装置；以及

低压级发电机(182)，连接于低压级膨胀机(17)，且连接于外部的供电或储能装置。

5.根据权利要求4所述的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统，其特征在于，高压级发电机(181)和低压级发电机(182)分别连接于不同的外部的供电或储能装置。

6.根据权利要求4所述的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统，其特征在于，高压级发电机(181)和低压级发电机(182)连接于同一外部的供电或储能装置。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统，其特征在于，

低压级膨胀机(17)与高压级膨胀机(15)同轴连接；

发电机组(18)包括：

机组发电机(183)，同轴连接于高压级膨胀机(15)和低压级膨胀机(17)，位于低压级膨胀机(17)外侧，且连接于外部的供电或储能装置。

8.根据权利要求1所述的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统，有机工质储液罐(11)具有：

有机工质储液罐第一入口(111)，连通于有机工质冷凝器出口(192)；

有机工质储液罐第二入口(112)，连通于高压侧气液分离器液出口(143)和低压侧气液分离器液出口(213)；以及

有机工质储液罐出口(113)，连通于压缩分流机构(12)。

9.根据权利要求1所述的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统，其特征在于，冷凝器(19)采用风机(193)进行风冷，以使进入冷凝器(19)中的低压侧乏气冷凝为液态有机工质。

10.根据权利要求1所述的内燃机两级有机朗肯循环余热回收系统，其特征在于，冷凝器(19)采用水冷方式，以使进入冷凝器(19)中的低压侧乏气冷凝为液态有机工质。