CN111075601A - 一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置 - Google Patents

一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于发动机节能减排技术领域，涉及一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置。本发明将现有发动机冷却系统和有机朗肯循环余热回收装置冷凝器的冷却回路集成的布置结构，采用发动机冷却液对有机朗肯循环余热回收装置中冷凝器内有机工质进行冷却，不需要额外单独液冷却回路或者单独风冷却回路，降低了有机朗肯循环余热回收装置的复杂性和成本，有利于有机朗肯循环余热回收装置在整车上的安装布置，同时还能充分利用现有发动机冷却系统额外的冷却散热能力，进一步降低发动机燃油消耗。

Description

一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置
技术领域
本发明属于发动机节能减排技术领域，尤其涉及一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置。
背景技术
从发动机的能量热平衡角度分析，一般发动机输出的有效功率只占燃油燃烧总热量的20％-40％左右，其余热能量则主要通过排气和冷却介质(冷却水、机油散热等)被传递到大气环境中。由此可以看出，对于车用发动机，其余热能量具有很大的节能潜力，余热能回收利用技术有广泛的应用空间。目前，发动机余热能利用技术主要集中在增压、余热制冷、余热取暖、余热发电和改良燃料燃烧性能等几个方面。在当前车用余热利用的各种技术方案中，朗肯循环余热回收技术的热效率最高，是最有可能首先实现产业化的技术。
但是，现有有机朗肯循环余热回收装置零部件较多，特别是冷凝器的冷却一般采用独立的水冷回路或者风冷回路，更加增加了整个装置的体积和复杂程度，造成有机朗肯循环余热回收装置在整车上的布置安装存在较大问题。另外，现有发动机冷却系统的冷却散热能力在发动机大部分工况下不能得到充分利用，造成现有发动机的冷却散热能力极大浪费。
发明内容
本发明的目的就在于针对现有有机朗肯循环余热回收系统中冷凝器冷却回路采用单独水冷回路或单独分冷回路的布置结构的不足，提出一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置，设计一种新型冷凝器冷却回路布置结构，将现有发动机冷却系统和有机朗肯循环余热回收系统冷凝器的冷却回路集成的布置结构结合，采用发动机冷却液对有机朗肯循环余热回收装置中冷凝器内有机工质进行冷却，不需要额外单独液冷却回路或者单独风冷却回路，降低了有机朗肯循环余热回收装置的复杂性和成本，有利于有机朗肯循环余热回收装置在整车上的布置，同时还能充分利用现有发动机冷却系统额外的冷却散热能力，进一步降低发动机燃油消耗。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置，由发动机子系统、有机朗肯循环子系统以及冷却子系统构成；
所述发动机子系统由发动机、压气机、涡轮机、进气管路、排气管路、发动机动力输出装置、发动机尾气后处理装置、排气电控三通阀以及排气换热器组成；进气管路与压气机进气端相连，压气机排气端与发动机相连，发动机与涡轮机进气端相连，涡轮机排气端与发动机尾气后处理装置进气端相连，发动机尾气后处理装置排气端与排气电控三通阀进气端相连，排气电控三通阀排气端与排气管路相连，排气电控三通阀排气端与排气换热器废气侧入口相连，排气换热器废气侧出口与排气管路相连；
所述有机朗肯循环子系统由膨胀机、板式冷凝器、储液罐、工质泵以及有机工质电控三通阀组成；工质泵出口与排气换热器工质侧进口相连，排气换热器出口与有机工质电控三通阀进口相连，有机工质电控三通阀出口与膨胀机进口相连，有机工质电控三通阀出口与膨胀机出口相连，膨胀机出口与板式冷凝器工质侧进口相连，板式冷凝器工质侧出口与储液罐入口相连，储液罐出口与工质泵进口相连，发动机动力输出装置输出轴与膨胀机输出轴通过电控离合装置相连。
所述冷却子系统由冷凝器冷却电控旁通阀、发动机电控冷却水泵、发动机散热器、发动机节温器以及发动机冷却风扇组成；发动机散热器出口与发动机电控冷却水泵的入口相连，流出发动机电控冷却水泵的冷却液分成两路出口和出口，发动机电控冷却水泵出口与发动机相连，发动机与发动机节温器入口相连，发动机节温器出口与发动机电控冷却水泵入口相连，发动机节温器出口与发动机散热器入口相连，发动机电控冷却水泵出口与冷凝器冷却电控旁通阀入口相连，冷凝器冷却电控旁通阀出口与板式冷凝器冷却液侧进口相连，板式冷凝器冷却液侧出口与发动机散热器入口相连，发动机冷却风扇布置于发动机散热器前端。
进一步地，当余热回收装置停止工作时，板式冷凝器7不需要冷却，关闭冷凝器冷却电控旁通阀13，发动机冷却液不流入板式冷凝器7，此时发动机冷却水泵14出口冷却液全部流入发动机1机体内。
进一步地，当余热回收装置正常工作时，部分打开冷凝器冷却电控旁通阀13，发动机冷却水泵14出口冷却液一部分通过发动机冷却水泵14出口f流入发动机1机体内对发动机1机体进行冷却，另一部分通过发动机冷却水泵14出口e流入板式冷凝器7中对有机工质进行冷却。
进一步地，当余热回收装置正常工作时，发动机冷却液通过发动机冷却水泵14出口e流入板式冷凝器7冷却液侧入口对有机工质进行冷却，吸收有机工质热量后的高温发动机冷却液从板式冷凝器7冷却液侧出口流出并通过管路流入发动机散热器15，在发动机散热器15中被发动机冷却风扇17冷却后发动机冷却液流入发动机冷却水泵14入口b处。
更进一步地，所使用的有机工质为中高沸点有机物Ethanol。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明将现有发动机冷却系统和有机朗肯循环余热回收系统冷凝器的冷却回路集成的布置结构结合，采用发动机冷却液对有机朗肯循环余热回收装置中冷凝器内有机工质进行冷却，不需要额外单独液冷却回路或者单独风冷却回路，降低了有机朗肯循环余热回收装置的复杂性和成本，有利于有机朗肯循环余热回收装置在整车上的安装布置，同时还能充分利用现有发动机冷却系统额外的冷却散热能力，进一步降低发动机燃油消耗；
附图说明
图1是本发明一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置结构示意图。
图中：1.发动机2.压气机3.涡轮机；4.排气电控三通阀5.排气换热器6.膨胀机7.板式冷凝器8.储液罐9.工质泵10.有机工质电控三通阀11.发动机动力输出装置12.电控离合装置13.冷凝器冷却电控旁通阀14.发动机冷却水泵15.发动机散热器16.发动机节温器17.发动机冷却风扇18.发动机尾气后处理装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置，该装置由发动机子系统、有机朗肯循环子系统以及冷却子系统构成。
所述发动机子系统由发动机1、压气机2、涡轮机3、进气管路、排气管路、发动机动力输出装置11、发动机尾气后处理装置18、排气电控三通阀4以及排气换热器5组成；进气管路与压气机2进气端相连，压气机2排气端与发动机1相连，发动机1与涡轮机3进气端相连，涡轮机3排气端与发动机尾气后处理装置18进气端相连，发动机尾气后处理装置18排气端与排气电控三通阀4进气端相连，排气电控三通阀4排气端c与排气管路相连，排气电控三通阀4排气端d与排气换热器5废气侧入口相连，排气换热器5废气侧出口与排气管路相连；
所述有机朗肯循环子系统由膨胀机6、板式冷凝器7、储液罐8、工质泵9以及有机工质电控三通阀10组成；工质泵9出口与排气换热器5工质侧进口相连，排气换热器5出口与有机工质电控三通阀10进口相连，有机工质电控三通阀10出口m与膨胀机6进口相连，有机工质电控三通阀10出口n与膨胀机6出口相连，膨胀机6出口与板式冷凝器7工质侧进口相连，板式冷凝器7工质侧出口与储液罐8入口相连，储液罐8出口与工质泵9进口相连，发动机动力输出装置11输出轴与膨胀机6输出轴通过电控离合装置12相连。
所述冷却子系统由冷凝器冷却电控旁通阀13、发动机电控冷却水泵14、发动机散热器15、发动机节温器16以及发动机冷却风扇17组成；发动机散热器15出口与发动机电控冷却水泵14的入口b相连，流出发动机电控冷却水泵的冷却液分成两路出口e和出口f，发动机电控冷却水泵14出口f与发动机1相连，发动机1与发动机节温器16入口相连，发动机节温器16出口g与发动机电控冷却水泵14入口a相连，发动机节温器16出口h与发动机散热器15入口相连，发动机电控冷却水泵14出口e与冷凝器冷却电控旁通阀13入口相连，冷凝器冷却电控旁通阀13出口与板式冷凝器7冷却液侧进口相连，板式冷凝器7冷却液侧出口与发动机散热器15入口相连，发动机冷却风扇17布置于发动机散热器15前端。
本发明的工作过程如下：当余热回收装置停止工作时，板式冷凝器7不需要冷却，关闭冷凝器冷却电控旁通阀13，发动机冷却液不流入板式冷凝器7，此时发动机冷却水泵14出口冷却液全部流入发动机1机体内；
当余热回收装置正常工作时，部分打开冷凝器冷却电控旁通阀13，发动机冷却水泵14出口冷却液一部分通过发动机冷却水泵14出口f流入发动机1机体内对发动机1机体进行冷却，另一部分通过发动机冷却水泵14出口e流入板式冷凝器7中对有机工质进行冷却。
当余热回收装置正常工作时，发动机冷却液通过发动机冷却水泵14出口e流入板式冷凝器7冷却液侧入口对有机工质进行冷却，吸收有机工质热量后的高温发动机冷却液从板式冷凝器7冷却液侧出口流出并通过管路流入发动机散热器15，在发动机散热器15中被发动机冷却风扇17冷却后发动机冷却液流入发动机冷却水泵14入口b处。
经过发动机散热器15冷却后的发动机冷却液温度仍然较高，一般约80℃左右，本发明公布的有机朗肯循环余热回收系统中所使用的有机工质为中高沸点有机物Ethanol。
本发明将现有发动机冷却系统和有机朗肯循环余热回收系统冷凝器的冷却回路集成的布置结构结合，采用发动机冷却液对有机朗肯循环余热回收装置中冷凝器内有机工质进行冷却，不需要额外单独液冷却回路或者单独风冷却回路，降低了有机朗肯循环余热回收装置的复杂性和成本，有利于有机朗肯循环余热回收装置在整车上的安装布置，同时还能充分利用现有发动机冷却系统额外的冷却散热能力，进一步降低发动机燃油消耗。

Claims (5)

1.一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置，其特征在于：由发动机子系统、有机朗肯循环子系统及冷却子系统构成；
所述发动机子系统由发动机(1)、压气机(2)、涡轮机(3)、排气电控三通阀(4)、排气换热器(5)、进气管路、排气管路、发动机动力输出装置(11)以及发动机尾气后处理装置(18)组成；所述进气管路与压气机(2)进气端相连，压气机(2)排气端与发动机(1)相连，发动机1与涡轮机(3)进气端相连，涡轮机(3)排气端与发动机尾气后处理装置(18)进气端相连，发动机尾气后处理装置(18)排气端与排气电控三通阀(4)进气端相连，排气电控三通阀(4)排气端c与排气管路相连，排气电控三通阀(4)排气端d与排气换热器(5)废气侧入口相连，排气换热器(5)废气侧出口与排气管路相连；
所述有机朗肯循环子系统由膨胀机(6)、板式冷凝器(7)、储液罐(8)、工质泵(9)以及有机工质电控三通阀(10)组成；所述工质泵(9)出口与排气换热器(5)工质侧进口相连，排气换热器(5)出口与有机工质电控三通阀(10)进口相连，有机工质电控三通阀(10)出口m与膨胀机(6)进口相连，有机工质电控三通阀(10)出口n与膨胀机(6)出口相连，膨胀机(6)出口与板式冷凝器(7)工质侧进口相连，板式冷凝器(7)工质侧出口与储液罐(8)入口相连，储液罐(8)出口与工质泵(9)进口相连，发动机动力输出装置11输出轴与膨胀机(6)输出轴通过电控离合装置12相连；
所述冷却子系统包括冷凝器冷却电控旁通阀(13)、发动机电控冷却水泵(14)、发动机散热器(15)、发动机节温器16以及发动机冷却风扇(17)组成；所述发动机散热器(15)出口与发动机电控冷却水泵(14)的入口b相连，流出发动机电控冷却水泵的冷却液分成两路出口e和出口f，发动机电控冷却水泵(14)出口f与发动机(1)相连，发动机(1)与发动机节温器(16)入口相连，发动机节温器(16)出口g与发动机电控冷却水泵(14)入口a相连，发动机节温器(16)出口h与发动机散热器(15)入口相连，发动机电控冷却水泵(14)出口e与冷凝器冷却电控旁通阀(13)入口相连，冷凝器冷却电控旁通阀(13)出口与板式冷凝器(7)冷却液侧进口相连，板式冷凝器(7)冷却液侧出口与发动机散热器(15)入口相连，发动机冷却风扇(17)布置于发动机散热器(15)前端。
2.根据权利要求1所述的一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置，其特征在于：
当余热回收装置停止工作时，板式冷凝器(7)不需要冷却，关闭冷凝器冷却电控旁通阀(13)，发动机冷却液不流入板式冷凝器(7)，此时发动机冷却水泵(14)出口冷却液全部流入发动机(1)机体内。
3.根据权利要求1所述的一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置，其特征在于：当余热回收装置正常工作时，部分打开冷凝器冷却电控旁通阀(13)，发动机冷却水泵(14)出口冷却液一部分通过发动机冷却水泵(14)出口f流入发动机(1)机体内对发动机(1)机体进行冷却，另一部分通过发动机冷却水泵(14)出口e流入板式冷凝器(7)中对有机工质进行冷却。
4.根据权利要求1所述的一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置，其特征在于：当余热回收装置正常工作时，发动机冷却液通过发动机冷却水泵(14)出口e流入板式冷凝器(7)冷却液侧入口对有机工质进行冷却，吸收有机工质热量后的高温发动机冷却液从板式冷凝器(7)冷却液侧出口流出并通过管路流入发动机散热器(15)，在发动机散热器(15)中被发动机冷却风扇(17)冷却后发动机冷却液流入发动机冷却水泵14入口b处。
5.根据权利要求4所述的一种车用发动机有机朗肯循环余热回收装置，其特征在于：所使用的有机工质为中高沸点有机物Ethanol。
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