CN106246268B - 一种发动机余热综合回收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发动机余热综合回收系统，包括冷凝器Ⅰ、单螺杆膨胀机、发电机、发动机尾气乏气排出管、蒸发换热器、工质泵、发动机尾气排出管、溶液泵、溶液热交换器、接发动机冷却水管、发生器、冷凝器Ⅱ、节流阀、蒸发器、吸收器、发生器、接发动机尾气乏气排气管、截止阀A、B、C、D，本发明的优点及有益效果为：提出了一种发动机余热综合回收系统，通过发动机高品位能回收系统回收具有高品位能的尾气，处理后的尾气乏气与低品位能的发动机冷却水共同作为热源，来驱动溴化锂吸收式制冷机，进行尾气热量的充分回收，并将设计的阀组—冷凝器—蒸发器单元应于发动机热量回收系统中，提高了系统功能的完整性，达到操作便捷、易于控制的目的。

Description

一种发动机余热综合回收系统
技术领域
本发明涉及汽车发动机余热回收领域，尤其是涉及一种发动机余热综合回收系统。
背景技术
自20世纪90年代以来，我国国民经济发展迅猛，汽车工业发展很快，汽车保有量持续增加，石油消耗量也急剧的增加，伴随着石油消耗量的增加，环境问题也日益凸显。据有关数据记载：汽车发动机燃油的30%转化为机械能（作为动力），40%为尾气损失（部分可通过涡轮增压器转化），20 %为冷却液和机油损失，10%为摩擦损失。因此，汽车发动机的实际效率一般为35%—40%，而汽车燃油近50%的能量都通过尾气与冷却水排出，从而造成大量的能源浪费与环境污染，因此对尾气与冷却水热量的充分回收利用，对于缓解能源危机以及环境保护都有着重要的实际意义。
为了解决发动机尾气与冷却水的余热不能被充分利用而造成能源的大量浪费与环境污染等问题，国内外的科技工作人员就如何最大程度回收发动机的余热做了大量的工作，主要是利用冷却水或废气进行增压、发电以及制冷等方面的应用。M.Mostafavi和R.Atan对汽车发动机排气余热驱动的吸收式制冷系统做了理论研究，并得出这一方案是可行的（Heat recovery equipment(generator) in an automobile for an absorptionair—conditioning system[J].SAE.980062.);肖尤明采取了将溴化锂溶液直接充注在汽车发动机冷却空腔内,并对该单效溴化锂吸收式制冷系统作了研究（肖尤明，汽车空调余热溴化锂吸收式制冷装置的研究，制冷学报，2004年第1期）；申请号（200810232218.4）公开了：一种适用于车用发动机余热回收的热力循环系统，将用于回收发动机冷却水余热的低温卡琳娜循环和用于回收发动机排气余热和润滑油的高温有机朗肯循环相耦合，提出了一种适用于车用发动机余热回收的热力循环系统；申请号（200810232218.4）公开了：再热式有机朗肯循环技术的车用发动机余热回收装置，通过再热式有机朗肯循环结合发动机EGR系统对发动机余热进行多级利用，提高了发动机余热回收的效率。申请号（201310238697.1）公开了：一种余热回收利用系统，将热能系统循环和电能系统循环结合在一起，两个系统直接交换能量，可以利用原本ORC 系统无法利用的较低品位的热量进行发电，从而降低能源消耗和污染排放。
发明内容
本发明在现有发动机余热回收技术的基础上，提出了一种新型发动机余热综合回收系统。本系统的特征在于通过发动机高品位能回收系统回收发动机具有高品位能的尾气，进行能量的初次回收，处理后的尾气乏气与低品位能的发动机冷却水共同作为热源，来驱动溴化锂吸收式制冷机，进行余热制冷、热，从而达到对发动机余热能量的充分回收与利用的目的,并通过在溴化锂吸收式制冷机中添加阀组—冷凝器—蒸发器控制单元，进而形成完整的溴化锂吸收式循环制冷（热）系统，通过各阀组间的协调工作，提高了系统功能的完整性，达到操作便捷、易于控制的目的。
本发明通过以下的技术方案实现上述功能：一种发动机余热综合回收系统，主要包括有发动机高品位能回收系统与溴化锂吸收式循环制冷（热）系统。所述的发动机高品位能回收系统包括发动机尾气排出管、工质泵、蒸发换热器、单螺杆膨胀机、发电机、冷凝器Ⅰ以及发动机尾气乏气排出管，其中所述的蒸发换热器（实质就是管壳式换热器）连接于发动机尾气排出管，蒸发换热器出口连接于发电机组，发电机组由单螺杆膨胀机与发电机组成，单螺杆膨胀机与冷凝器Ⅰ入口相连，冷凝器Ⅰ出口与工质泵连接，工质泵与所述的蒸发换热器入口相连，其中工质泵为整个发动机高品位能回收系统提供动力；所述的溴化锂吸收式循环制冷（热）系统主要包括吸收器、溶液泵、溶液热交换器、发生器1、发生器2、冷凝器Ⅱ、节流阀、蒸发器、接发动机冷却水管、接发动机尾气乏气排气管以及截止阀A、B、C、D，其中所述的接发动机尾气乏气排气管与发生器1连接，所述的接发动机冷却水管与发生器2连接，发生器1与发生器2并联组成发生器单元，并联后的发生器单元与阀组—冷凝器单元、阀组—蒸发器单元相连，阀组—冷凝器单元由截止阀A、B、节流阀、冷凝器Ⅱ组成，其中冷凝器Ⅱ的前后串联有截止阀A与节流阀，截止阀B并联于冷凝器Ⅱ、截止阀A与节流阀，组成阀组—冷凝器单元；阀组—蒸发器单元由截止阀C、D、蒸发器组成，其中蒸发器的前端串联有截止阀C，截止阀D并联于蒸发器上，整个阀组—冷凝器单元和阀组—蒸发器共同组成阀组—冷凝器—蒸发器单元，实现系统供热或供冷以及即不供热也不供冷的要求。其中蒸发器与吸收器相连，吸收器后连接有溶液泵，溶液泵与溶液热交换器连接，溶液泵为整个溴化锂吸收式循环制冷（热）系统提供动力，其中发生器单元还通过溶液热交换器与吸收器相连，共同组成整个溴化锂吸收式循环制冷（热）系统。
发动机高品位能回收系统的工作过程：低沸点的液态有机工质经工质泵加压后，被送到蒸发换热器中，工质在蒸发换热器中吸收发动机尾气的热量转变成为高温高压蒸汽，高温高压蒸汽在单螺杆膨胀机中膨胀并推动单螺杆膨胀机做功，进而带动发动机发电，做功后的蒸汽经冷凝器Ⅰ冷却后，返回工质泵中，从而完成有机工质的循环使用，其中经蒸发换热器处理后的尾气乏气经发动机尾气乏气排气管流入溴化锂吸收式循环制冷（热）系统，进而对尾气能量的进一步回收。
溴化锂吸收式循环制冷（热）系统的工作过程：从吸收器出来的稀溶液由溶液泵升压后，经溶液热交换器升温后进入发生器1、2，在发生器1、2中，稀溶液被来自接发动机冷却水管和接发动机尾气乏气排气管的热源加热，此时稀溶液温度升高直至沸腾，产生高温高压的冷剂蒸汽后变为浓溶液，产生的两股冷剂蒸汽从发生器1、2流出并汇合，流入下一级阀组—冷凝器—蒸发器单元，而浓溶液从发生器1、2排出管流出，经溶液热交换器降温后，流回吸收器；进入阀组—冷凝器—蒸发器单元的高温高压冷剂蒸汽通过截止阀A、B、C、D进入冷凝器Ⅱ或蒸发器，在节流阀的配合作用下，可实现供热或供暖以及即不供热也不供暖的要求，经蒸发器与冷凝器Ⅱ处理后的低温低压冷剂蒸汽以及冷却溶液通过管路流回吸收器，使溶液能够循环使用，从而达到持续制冷、热的目的。
当汽车内部环境需要达到制热不制冷的效果时，开启截止阀A，节流阀以及截止阀D，关闭截止阀B与截止阀C，此时冷剂蒸汽只流过冷凝器Ⅱ，达到单独制热的目的；当汽车内部环境需要达到制冷不制热的效果时，开启截止阀B，和截止阀C，关闭截止阀A与截止阀D，此时冷剂蒸汽只流过蒸发器，达到单独制冷的目的；当汽车内部环境需要达到即不制冷不制热的效果时，此时开启截止阀B和D，关闭截止阀A和C，此时冷剂蒸汽不流过冷凝器Ⅱ与蒸发器，达到既不制冷也不制热的目的，其中节流阀在单独制热时使用，用于控制冷剂蒸汽的流量，保证其流动的平稳性。
本发明的优点及有益效果为：在现有发动机余热回收技术的基础上，提出了一种发动机余热综合回收系统。本系统的特征在于通过发动机高品位能回收系统回收具有高品位能的尾气，进行能量的初次回收，处理后的尾气乏气与低品位能的发动机冷却水共同作为热源，来驱动溴化锂吸收式制冷机，进行余热制冷、热。与现有的技术相比，其最大创新点在于将回收高品位能的热量回收系统与回收尾气乏气与低品位能的溴化锂能量回收系统相结合，并应用于汽车尾气能量回收领域，在现有汽车尾气回收的基础上，对经过发动机高品位能回收系统处理后的尾气能量进行二次回收，与低品位能的冷却水共同为热源驱动制冷机制冷、热，从而达到对尾气与冷却水余热能量的再次回收，并将设计的阀组—冷凝器—蒸发器单元应于发动机热量回收系统中，提高了系统功能的完整性，达到操作便捷、易于控制的目的。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的整体结构图。
图2为本发明的系统方框图。
图中1.冷凝器Ⅰ，2.单螺杆膨胀机，3.发电机，4.发动机尾气乏气排出管, 5.蒸发换热器，6.工质泵，7.发动机尾气排出管，8.溶液泵, 9.溶液热交换器,10.接发动机冷却水管，11.发生器1，12.冷凝器Ⅱ，13.节流阀,14.蒸发器，15.吸收器，16.发生器2，17.接发动机尾气乏气排气管，A.截止阀A，B.截止阀B，C.截止阀C，D.截止阀D。
具体实施方式
一种发动机余热综合回收系统，主要包括有发动机高品位能回收系统与溴化锂吸收式循环制冷（热）系统。所述的发动机高品位能回收系统包括发动机尾气排出管7、工质泵6、蒸发换热器5、单螺杆膨胀机2、发电机3、冷凝器Ⅰ（1）以及发动机尾气乏气排出管4，其中所述的蒸发换热器5（实质就是管壳式换热器）连接于发动机尾气排出管7，蒸发换热器5出口连接于发电机组，发电机组由单螺杆膨胀机2与发电机3组成，单螺杆膨胀机2与冷凝器Ⅰ（1）入口相连，冷凝器Ⅰ（1）出口与工质泵6连接，工质泵6与所述的蒸发换热器5入口相连，其中工质泵6为整个发动机高品位能回收系统提供动力；所述的溴化锂吸收式循环制冷（热）系统主要包括吸收器15、溶液泵8、溶液热交换器9、发生器1（11）、发生器2（16）、冷凝器Ⅱ（12）、节流阀13、蒸发器14、接发动机冷却水管10、接发动机尾气乏气排气管17以及截止阀A、B、C、D，其中所述的接发动机尾气乏气排气管17与发生器1（11）连接，所述的接发动机冷却水管10与发生器2（16）连接，发生器1（11）与发生器2（16）并联组成发生器单元，并联后的发生器单元与阀组—冷凝器单元、阀组—蒸发器单元相连，阀组—冷凝器单元由截止阀A、B、节流阀13、冷凝器Ⅱ（12）组成，其中冷凝器Ⅱ（12）的前后串联有截止阀A与节流阀13，截止阀B并联于冷凝器Ⅱ（12）、截止阀A与节流阀13，组成阀组—冷凝器单元；阀组—蒸发器单元由截止阀C、D、蒸发器14组成，其中蒸发器14的前端串联有截止阀C，截止阀D并联于蒸发器14上，整个阀组—冷凝器单元和阀组—蒸发器共同组成阀组—冷凝器—蒸发器单元，实现系统供热或供冷以及即不供热也不供冷的要求。其中蒸发器14与吸收器15相连，吸收器15后连接有溶液泵8，溶液泵8与溶液热交换器9连接，溶液泵8为整个溴化锂吸收式循环制冷（热）系统提供动力，其中发生器单元还通过溶液热交换器与吸收器相连，共同组成整个溴化锂吸收式循环制冷（热）系统。
根据本发明的一些实施例，发动机高品位能回收系统的工作过程：低沸点的液态有机工质经工质泵6加压后，被送到蒸发换热器5中，工质在蒸发换热器5中吸收发动机尾气的热量转变成为高温高压蒸汽，高温高压蒸汽在单螺杆膨胀机2中膨胀并推动单螺杆膨胀机2做功，进而带动发动机3发电，做功后的蒸汽经冷凝器Ⅰ（1）冷却后，返回工质泵6，完成有机工质的循环使用，其中经蒸发换热器5处理后的尾气乏气经发动机尾气乏气排气管4流入溴化锂吸收式循环制冷（热）系统，进而对尾气能量的进一步回收。
根据本发明的一些实施例，溴化锂吸收式循环制冷（热）系统的工作过程：从吸收器15出来的稀溶液由溶液泵8升压后，经溶液热交换器9升温后进入发生器1（11）、2（16），在发生器1（11）、2（16）中，稀溶液被来自接发动机冷却水管10和接发动机尾气乏气排气管17的热源加热，此时稀溶液温度升高直至沸腾，产生高温高压的冷剂蒸汽后变为浓溶液，产生的两股冷剂蒸汽从发生器1（11）、2（16）流出并汇合，流入下一级阀组—冷凝器—蒸发器单元，而浓溶液从发生器1（11）、2（16）排出，经溶液热交换器9降温后，流回吸收器15；进入阀组—冷凝器—蒸发器单元的高温高压冷剂蒸汽通过截止阀A、B、C、D进入冷凝器Ⅱ(12)或蒸发器14，经冷凝器Ⅱ(12)与蒸发器14处理后的低温低压冷剂蒸汽以及发生器1（11）、2（16）的冷却溶液通过管路流回吸收器15，使溶液能够循环使用，从而达到持续制冷、热的目的。
根据本发明的一些实施例，阀组—冷凝器—蒸发器单元控制达到制冷、制热以及既不制冷也不制热的目的是通过各截止阀相互协调工作实现的，其具体工作流程：当汽车内部环境需要达到制热不制冷的效果时，开启截止阀A，节流阀13以及截止阀D，关闭截止阀B与截止阀C，此时冷剂蒸汽只流过冷凝器Ⅱ（12），达到单独制热的目的；当汽车内部环境需要达到制冷不制热的效果时，开启截止阀B，和截止阀C，关闭截止阀A与截止阀D，此时冷剂蒸汽只流过蒸发器14，达到单独制冷的目的；当汽车内部环境需要达到即不制冷不制热的效果时，此时开启截止阀B和D，关闭截止阀A和C，此时冷剂蒸汽不流过冷凝器Ⅱ（12）与蒸发器14，达到既不制冷也不制热的目的，其中节流阀13在单独制热时使用，用于控制冷剂蒸汽的流量，保证其流动的平稳性。

Claims (1)

1.一种发动机余热综合回收方法，其特征在于发动机余热综合回收系统由发动机高品位能回收系统与溴化锂吸收式循环制冷/热系统组成，所述的发动机高品位能回收系统由发动机尾气排出管、工质泵、蒸发换热器、单螺杆膨胀机、发电机、冷凝器Ⅰ以及发动机尾气乏气排出管组成，其中所述的蒸发换热器连接于发动机尾气排出管，蒸发换热器出口连接于发电机组，发电机组由单螺杆膨胀机与发电机组成，单螺杆膨胀机与冷凝器Ⅰ入口相连，冷凝器Ⅰ出口与工质泵连接，工质泵与所述的蒸发换热器入口相连，其中工质泵为整个发动机高品位能回收系统提供动力；所述的溴化锂吸收式循环制冷/热系统由吸收器、溶液泵、溶液热交换器、发生器（1）、发生器（2）、冷凝器Ⅱ、节流阀、蒸发器、接发动机冷却水管、接发动机尾气乏气排气管以及截止阀A、B、C、D组成，其中所述的接发动机尾气乏气排气管与发生器（1）连接，所述的接发动机冷却水管与发生器（2）连接，发生器（1）与发生器（2）并联组成发生器单元，并联后的发生器单元与阀组—冷凝器单元、阀组—蒸发器单元相连，阀组—冷凝器单元由截止阀A、B、节流阀、冷凝器Ⅱ组成，其中冷凝器Ⅱ的前后串联有截止阀A与节流阀，截止阀B并联于冷凝器Ⅱ、截止阀A与节流阀，组成阀组—冷凝器单元；阀组—蒸发器单元由截止阀C、D、蒸发器组成，其中蒸发器的前端串联有截止阀C，截止阀D并联于蒸发器上，整个阀组—冷凝器单元和阀组—蒸发器共同组成阀组—冷凝器—蒸发器单元，实现系统供热或供冷以及即不供热也不供冷的要求；其中蒸发器与吸收器相连，吸收器后连接有溶液泵，溶液泵与溶液热交换器连接，溶液泵为整个溴化锂吸收式循环制冷/热系统提供动力，其中发生器单元还通过溶液热交换器与吸收器相连，共同组成整个溴化锂吸收式循环制冷/热系统；
所述发动机余热综合回收方法由发动机高品位能回收方法和溴化锂吸收式循环制冷/热方法组成，其中发动机高品位能回收方法为：低沸点的液态有机工质经工质泵加压后，被送到蒸发换热器中，工质在蒸发换热器中吸收发动机尾气的热量转变成为高温高压蒸汽，高温高压蒸汽在单螺杆膨胀机中膨胀并推动单螺杆膨胀机做功，进而带动发动机发电，做功后的蒸汽经冷凝器Ⅰ冷却后，返回工质泵中，从而完成有机工质的循环使用，其中经蒸发换热器处理后的尾气乏气经发动机尾气乏气排气管流入溴化锂吸收式循环制冷/热系统，进而对尾气能量的进一步回收；
所述溴化锂吸收式循环制冷/热方法为：从吸收器出来的稀溶液由溶液泵升压后，经溶液热交换器升温后进入发生器（1）、发生器（2），在发生器（1）、发生器（2）中，稀溶液被来自接发动机冷却水管和接发动机尾气乏气排气管的热源加热，此时稀溶液温度升高直至沸腾，产生高温高压的冷剂蒸汽后变为浓溶液，产生的两股冷剂蒸汽从发生器（1）、发生器（2）流出并汇合，流入下一级阀组—冷凝器—蒸发器单元，而浓溶液从发生器（1）、发生器（2）排出管流出，经溶液热交换器降温后，流回吸收器；进入阀组—冷凝器—蒸发器单元的高温高压冷剂蒸汽通过截止阀A、B、C、D进入冷凝器Ⅱ或蒸发器，在节流阀的配合作用下，可实现供热或供暖以及即不供热也不供暖的要求，经蒸发器与冷凝器Ⅱ处理后的低温低压冷剂蒸汽以及冷却溶液通过管路流回吸收器，使溶液能够循环使用，从而达到持续制冷、热的目的；
其中当汽车内部环境需要达到制热不制冷的效果时，开启截止阀A，节流阀以及截止阀D，关闭截止阀B与截止阀C，此时冷剂蒸汽只流过冷凝器Ⅱ，达到单独制热的目的；当汽车内部环境需要达到制冷不制热的效果时，开启截止阀B，和截止阀C，关闭截止阀A与截止阀D，此时冷剂蒸汽只流过蒸发器，达到单独制冷的目的；当汽车内部环境需要达到即不制冷不制热的效果时，此时开启截止阀B和D，关闭截止阀A和C，此时冷剂蒸汽不流过冷凝器Ⅱ与蒸发器，达到既不制冷也不制热的目的，其中节流阀在单独制热时使用，用于控制冷剂蒸汽的流量，保证其流动的平稳性。
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