CN107387181A - 应用于矿用车尾气余热利用的朗肯‑斯特林联合循环系统 - Google Patents

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Abstract

应用于矿用车尾气余热利用的朗肯‑斯特林联合循环系统，包括斯特林发动机，斯特林发动机热端换热器、冷却器、冷凝器、工质泵、蒸发器、单蜗杆膨胀机依次连接构成的朗肯循环系统，蒸发器和发动机的排气管连接，单蜗杆膨胀机与空调压缩机连接，斯特林发动机冷端换热器、水泵、冷却系统、冷却器依次相连构成冷却循环系统，斯特林发动机与发电机连接；冷却器冷却工质为冷却循环系统中水，冷却水进入斯特林发动机冷端换热器后对斯特林发动机进行冷却，同时流出的冷却水进入冷却器，对有机工质进行冷却，本发明有效提高整个热力循环系统的热效率，并解决了空调运行时汽车动力性能降低的问题，改善了燃料综合利用率。

Description

应用于矿用车尾气余热利用的朗肯-斯特林联合循环系统
技术领域
本发明属于矿用车发动机余热利用技术领域，具体涉及一种应用于矿用车尾气余热利用的朗肯-斯特林联合循环系统。
背景技术
近年来矿用车辆使用日益频繁，目前矿用车发动机采用更加紧凑的设计和更大的单位体积功率，强化程度越来越高，发动机产生的热流量也随之明显增大，加上国内日渐严格的排放标准，对车用发动机的冷却系统提出更高的要求，而传统的从发动机本身提高燃料利用效率已无太大潜力，最有效的办法是采用废气涡轮增压器回收排气中的热量，但废气涡轮增压器的回收率不到废热的20％，仍有大量的尾气余热有待回收。
常用的汽车尾气余热回收系统主要有PN型半导体温差发电系统、吸收式余热制冷、朗肯循环余热发电系统等。PN型半导体温差发电系统效率极低，回收尾气余热效果较差；吸收式余热制冷空调受设备体积较大、制冷效率低的限制，应用于车辆尾气余热利用可行性差；朗肯循环余热发电系统中，尾气余热对有机气体工质加热进入膨胀机，有机气体工质在膨胀机中做功后排出的乏汽绝大部分能量经冷凝器放热，热量由冷却水带走后散失到空气中，其中大部分能量未能得到有效利用，系统整体利用效率仍未得到有效改善。且大部分汽车(包括矿用车)的空调制冷核心部件压缩机动力来源于发动机产生的动力。当空调运行时，会明显导致车辆动力性下降，对重型矿用车影响更大，严重时会导致爬坡时发动机熄火或者开锅。车辆电控系统的电能由发动机直接带动电动机所产生，综合发电效率仅在8％-14％左右，燃料的综合利用率极低。
综合研究现有复合循环的思路及创新方法，研究一种基于有机朗肯循环-斯特林发动机联合循环的矿用车尾气余热利用系统，从而在提高中低温热能的利用效率，有效解决汽车空调运行给车辆动力性带来的影响问题以及提高燃料综合利用率方面具有十分重要的意义，也为车辆尾气余热利用的进一步发展提供了一种有效合理的途径。
发明内容
为了克服上述现有技术中的缺点，本发明的目的在于提供一种应用于矿用车尾气余热利用的朗肯-斯特林联合循环系统，有效提高整个热力循环系统的热效率，并解决了空调运行时汽车动力性能降低的问题，改善了燃料综合利用率。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
应用于矿用车尾气余热利用的朗肯-斯特林联合循环系统，包括斯特林发动机11，斯特林发动机11的斯特林发动机热端换热器3、冷却器4、冷凝器5、工质泵6、蒸发器7、单蜗杆膨胀机1依次连接构成的朗肯循环系统，蒸发器7和发动机9的排气管8连接，单蜗杆膨胀机1与空调压缩机2连接，给与空调压缩机2提供动力；斯特林发动机11的斯特林发动机冷端换热器12、水泵13、冷却系统14、冷却器4依次相连构成冷却循环系统，斯特林发动机11与发电机10连接，为发电机10提供动力；
所述的冷却器4冷却工质为冷却循环系统中水，冷却水进入斯特林发动机冷端换热器12后对斯特林发动机11进行冷却，同时流出的冷却水进入冷却器4，对有机工质进行冷却。
所述的蒸发器7为多个蒸发器串联而成。
所述的冷凝器5有多个冷凝器连接而成。
所述的工质泵6为屏蔽泵。
本发明具有以下优点：
1.本发明将现有的有机朗肯循环技术及斯特林发动机技术相结合，充分利用了单蜗杆膨胀机1流出的工质乏汽通过斯特林发动机11进而转化为高品质电能，发挥出了两项技术的特有优势，提高整体系统的热效率，达到节能降耗的目的；
2.本发明高效的利用了冷却循环系统，在冷却循环系统中冷却水不仅冷却了斯特林发动机11冷腔内的气体，又进一步进入冷却器4，对朗肯循环系统的有机工质进行冷却，达到二次冷却的目的，提高了冷却效率；
3.本发明利用朗肯循环系统单蜗杆膨胀机1做功的机理，为空调压缩机2提供了动力，有效解决汽车空调运行给车辆动力性带来的影响问题，从而提高燃料综合利用率。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细叙述。
如图1所示，应用于矿用车尾气余热利用的朗肯-斯特林联合循环系统，包括斯特林发动机11，斯特林发动机11的斯特林发动机热端换热器3、冷却器4、冷凝器5、工质泵6、蒸发器7、单蜗杆膨胀机1依次连接构成的朗肯循环系统，蒸发器7和发动机9的排气管8连接，对蒸发器7的工质进行加热，单蜗杆膨胀机1与空调压缩机2连接，给与空调压缩机2提供动力；斯特林发动机11的斯特林发动机冷端换热器12、水泵13、冷却系统14、冷却器4依次相连构成冷却循环系统，斯特林发动机11与发电机10连接，为发电机10提供动力，从而产生电能。
所述的冷却器4冷却工质为冷却循环系统中水，冷却水进入斯特林发动机冷端换热器12后对斯特林发动机11进行冷却，已达到冷热交替，膨胀压缩做功的目的，同时流出的冷却水进入冷却器4，对有机工质进行冷却，达到二次冷却的目的，提高了冷却效率。
所述的蒸发器7为多个蒸发器串联而成，以增加换热面积，提高尾气余热利用率。
所述的冷凝器5有多个冷凝器连接而成，以增加换热面积，保证有机工质液化完全。
所述的工质泵6为屏蔽泵，以防止工质混合物或润滑油泄漏，保证循环系统正常运行。
本发明的工作原理为：
有机朗肯循环系统是指有机工质由工质泵6加压后，送入蒸发器7后吸收由发动机9的排气管8排出的尾气的热量，产生的有机工质蒸汽进入单蜗杆膨胀机1做功，带动对应的空调压缩机2做功，为空调系统提供动力。从单蜗杆膨胀机1排出的乏汽与斯特林机热端换热器3进行换热，加热斯特林发动机11热腔内的气体，再进入冷却器4冷却降温，降温后的气液混合有机工质进入冷凝器5进一步冷凝，形成液体工质，从而形成有机朗肯循环系统回路。
冷却水循环是指冷却水经过水泵13送入斯特林机冷端换热器12进行换热，冷却斯特林机11冷腔内的气体，再进入冷却器4冷却工质，最后经过冷却系统14被冷却，被冷却后的冷却液再进入水泵13，从而形成冷却水循环回路。
斯特林发动机循环是指斯特林发动机11热腔内的气体通过斯特林发动机热端换热器3吸收单蜗杆膨胀机1排出的乏汽的热量，变成高温气体，对外做功后进入斯特林发动机冷腔内，通过斯特林发动机冷端换热器12进行冷却，变成低温气体，再回到斯特林发动机11热腔内，从而形成斯特林发动机循环；在此循环过程中，通过连接于斯特林发动机11冷热腔体的机械设备进行做功，带动对应的发电机10发电。

Claims (4)

1.应用于矿用车尾气余热利用的朗肯-斯特林联合循环系统，包括斯特林发动机(11)，其特征在于：斯特林发动机(11)的斯特林发动机热端换热器(3)、冷却器(4)、冷凝器(5)、工质泵(6)、蒸发器(7)、单蜗杆膨胀机(1)依次连接构成的朗肯循环系统，蒸发器(7)和发动机(9)的排气管(8)连接，单蜗杆膨胀机(1)与空调压缩机(2)连接，给与空调压缩机(2)提供动力；斯特林发动机(11)的斯特林发动机冷端换热器(12)、水泵(13)、冷却系统(14)、冷却器(4)依次相连构成冷却循环系统，斯特林发动机(11)与发电机(10)连接，为发电机(10)提供动力；
所述的冷却器(4)冷却工质为冷却循环系统中水，冷却水进入斯特林发动机冷端换热器(12)后对斯特林发动机(11)进行冷却，同时流出的冷却水进入冷却器(4)，对有机工质进行冷却。
2.根据权利要求1所述的应用于矿用车尾气余热利用的朗肯-斯特林联合循环系统，其特征在于：所述的蒸发器(7)为多个蒸发器串联而成。
3.根据权利要求1所述的应用于矿用车尾气余热利用的朗肯-斯特林联合循环系统，其特征在于：所述的冷凝器(5)有多个冷凝器连接而成。
4.根据权利要求1所述的应用于矿用车尾气余热利用的朗肯-斯特林联合循环系统，其特征在于：所述的工质泵(6)为屏蔽泵。
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