CN106246407A - 一种优化发动机余热回收的系统 - Google Patents

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黄豪中
朱鹃
邓伟
严波
梅倩
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

本发明公开了一种优化发动机余热回收的系统，其中，包括：第一换热器，发动机的排气流经其热流通道；高温涡轮，其与第一换热器的冷流通道连接；第二换热器，其热流通道与高温涡轮连接；高温泵，其与第二换热器的热流通道和第一换热器的冷流通道连接；第三换热器，加有纳米粒子的发动机的冷却水流经其热流通道，且其冷流通道与第二换热器的冷流通道连接；低温涡轮，其与第二换热器的冷流通道连接；低温冷凝器，其与低温涡轮连接；低温泵，其与低温冷凝器和第三换热器的冷流通道连接。本发明通过在发动机冷却水中添加纳米粒子，形成纳米流体，以加强换热强度，在相同换热面积下实现更多的换热量，从而能够节能和提高发动机效率。

Description

一种优化发动机余热回收的系统
技术领域
本发明涉及发动机余热回收领域，特别涉及一种优化发动机余热回收的系统。
背景技术
目前，用有机朗肯循环回收发动机余热的研究和应用已经十分广泛，有单回路回收和双回路回收两种，具有回收率高等优点。但是大部分的研究并不回收冷却水的余热或是假设冷却水被完全回收，事实上冷却水的余热虽然品级低，但是水量大，可回收的总热量非常大。如果假设冷却水被完全回收，在实际应用中，需要非常大的换热面积，并不实用。因此，在较小的换热面积下，运用现有的有机朗肯循环回收发动机冷却水余热是难以换取出更多的冷却水热量的。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种优化发动机余热回收的系统，从而克服现有的有机朗肯循环回收发动机冷却水余热在较小的换热面积下难以换取出更多的冷却水热量的缺点。
为实现上述目的，本发明提供了一种优化发动机余热回收的系统，其中，包括：高温回路循环系统，其包括：第一换热器，发动机的排气流经该第一换热器的热流通道；高温涡轮，其流体进口与所述第一换热器的冷流通道的出口连接；第二换热器，其热流通道的进口与所述高温涡轮的流体出口连接；以及高温泵，其进口与所述第二换热器的热流通道的出口连接，且该高温泵的出口与所述第一换热器的冷流通道的进口连接；以及低温回路循环系统，其包括：第三换热器，发动机的冷却水流经该第三换热器的热流通道，发动机的冷却水添加有纳米粒子；该第三换热器的冷流通道的出口与所述第二换热器的冷流通道的进口连接；低温涡轮，其流体进口与所述第二换热器的冷流通道的出口连接；低温冷凝器，其进口与所述低温涡轮的流体出口连接；以及低温泵，其进口与所述低温冷凝器的出口连接；且该低温泵的出口与所述第三换热器的冷流通道的进口连接；所述高温回路循环系统使用的工质为水；所述低温回路循环系统使用的工质为制冷剂。
优选地，上述技术方案中，所述低温回路循环系统使用的制冷剂为R143a。
优选地，上述技术方案中，所述高温涡轮与一高温发电机连接；所述低温涡轮与一低温发电机连接。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明通过第一换热器吸收发动机排气的余热并通过第三换热器吸收发动机冷却水的热量作为动力来驱动两个涡轮对外做功，且在发动机冷却水中添加纳米粒子，形成纳米流体，利用纳米流体较普通冷却水高的对流换热能力，加强第三换热器中的换热强度，以实现在相同低温换热器换热面积下，得到更多的换热量，达到了节能目的，并提高发动机效率，推动设备小型化发展。
2、本发明的高温涡轮和低温涡轮分别用于驱动高温发电机和低温发电机工作，以把热能转换为电能。
附图说明
图1是根据本发明优化发动机余热回收的系统的结构示意图。
主要附图标记说明：
1-第一换热器，2-发动机排气，3-高温涡轮，4-高温发电机，5-第二换热器，6-高温泵，7-第三换热器，8-发动机冷却水，9-低温涡轮，10-低温发电机，11-低温冷凝器，12-低温泵。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
图1显示了根据本发明优选实施方式的一种优化发动机余热回收的系统的结构示意图，该优化发动机余热回收的系统包括高温回路循环系统以及低温回路循环系统，高温回路循环系统包括第一换热器1、高温涡轮3、第二换热器5以及高温泵6，低温回路循环系统包括第三换热器7、低温涡轮9、低温冷凝器11以及低温泵12。
参考图1，高温回路循环系统中，发动机排气2流经第一换热器1的热流通道，高温涡轮3的流体进口与第一换热器1的冷流通道的出口连接，第二换热器5的热流通道的进口与高温涡轮3的流体出口连接，高温泵6的进口与第二换热器5的热流通道的出口连接，且高温泵6的出口与第一换热器1的冷流通道的进口连接。高温回路循环系统使用的工质为水。
继续参考图1，低温回路循环系统中，发动机冷却水8流经第三换热器7的热流通道，发动机冷却水8添加有纳米粒子，第三换热器7的冷流通道的出口与第二换热器5的冷流通道的进口连接。低温涡轮9的流体进口与第二换热器5的冷流通道的出口连接，低温冷凝器11的进口与低温涡轮9的流体出口连接，低温泵12的进口与低温冷凝器11的出口连接，且低温泵12的出口与第三换热器7的冷流通道的进口连接。低温回路循环系统使用的工质为制冷剂。优选地，低温回路循环系统使用的制冷剂为R143a。
本发明的高温回路循环系统和低温回路循环系统组成双回路有机朗肯循环系统，其工作循环过程为：
高温回路循环系统中，发动机排气2进入第一换热器1的热流通道后，与从高温泵6输送到第一换热器1的冷流通道的循环工质水进行换热，发动机排气2被水吸收热量后向外排出，水吸收了发动机排气的热量后形成饱和(或过热)水蒸汽，水蒸汽进入高温涡轮3以推动涡轮对外做功，从而实现利用发动机排气2的余热做功。水蒸汽从高温涡轮3出来到进入第二换热器5的热流通道中，并与低温回路循环系统中进入到第二换热器5的冷流通道的制冷剂进行换热，以重新被冷却成水，水再重新进入高温泵6开始新一轮的高温回路循环。
低温回路循环系统中，制冷剂先经过低温泵12被加压到蒸发压力，然后通入第三换热器7的冷流通道中与添加了纳米粒子的发动机冷却水8进行换热，制冷剂吸收发动机冷却水8的热量，以使发动机冷却水被冷却，吸收了热量的制冷剂再进入到第二换热器5的冷流通道中，以与高温回路循环系统中的水蒸汽进行换热，制冷剂通过吸收发动机冷却水8和高温回路循环系统中的水蒸汽的热量后形成饱和(或过热)制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽进入低温涡轮9中推动涡轮对外做功，以实现利用发动机冷却水的热量来对外做功。从低温涡轮9排出的制冷剂蒸汽进入到低温冷凝器11中被冷却液化，随后液态制冷剂进入低温泵12中开始新一轮的低温回路循环。
本发明通过第一换热器1吸收发动机排气2的余热并通过第三换热器7吸收发动机冷却水8的热量作为动力来驱动两个涡轮对外做功，且在发动机冷却水8中添加纳米粒子，以形成纳米流体，利用纳米流体较普通冷却水高的对流换热能力，加强第三换热器7中的换热强度，以实现在相同低温换热器换热面积下，得到更多的换热量，达到了节能目的，并提高发动机效率，推动设备小型化发展。优选地，高温涡轮3与一高温发电机4连接，低温涡轮9与一低温发电机10连接。本发明的高温涡轮3和低温涡轮9分别用于驱动高温发电机4和低温发电机10工作，以把热能转换为电能。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (3)

1.一种优化发动机余热回收的系统，其特征在于，包括：
高温回路循环系统，其包括：
第一换热器，发动机的排气流经该第一换热器的热流通道；
高温涡轮，其流体进口与所述第一换热器的冷流通道的出口连接；
第二换热器，其热流通道的进口与所述高温涡轮的流体出口连接；以及
高温泵，其进口与所述第二换热器的热流通道的出口连接，且该高温泵的出口与所述第一换热器的冷流通道的进口连接；以及
低温回路循环系统，其包括：
第三换热器，发动机的冷却水流经该第三换热器的热流通道，发动机的冷却水添加有纳米粒子；该第三换热器的冷流通道的出口与所述第二换热器的冷流通道的进口连接；
低温涡轮，其流体进口与所述第二换热器的冷流通道的出口连接；
低温冷凝器，其进口与所述低温涡轮的流体出口连接；以及
低温泵，其进口与所述低温冷凝器的出口连接；且该低温泵的出口与所述第三换热器的冷流通道的进口连接；
所述高温回路循环系统使用的工质为水；所述低温回路循环系统使用的工质为制冷剂。
2.根据权利要求1所述的优化发动机余热回收的系统，其特征在于，所述低温回路循环系统使用的制冷剂为R143a。
3.根据权利要求1所述的优化发动机余热回收的系统，其特征在于，所述高温涡轮与一高温发电机连接；所述低温涡轮与一低温发电机连接。
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