CN204984638U - 一种再热式有机朗肯循环技术的车用发动机余热回收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的是提供一种再热式有机朗肯循环技术的车用发动机余热回收装置。一种适用于车用发动机的余热回收发电系统，系统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，利用冷却水系统余热作为第一级膨胀机做功的热源，利用发动机排出尾气作为第二级膨胀机做功的热源，利用增压涡轮增压产生的高温气体实现对冷凝工质的预热，完成对发动机可利用余热的多级利用。本实用新型克服了传统发动机余热损失严重，燃油经济性不高的缺点，有效地提高了发动机余热回收率，提高了发动机的燃油经济性，同时减小了系统的体积。

Description

一种再热式有机朗肯循环技术的车用发动机余热回收装置

技术领域

本实用新型属于余热回收技术领域，特别是涉及一种再热式有机朗肯循环技术的车用发动机余热回收装置。

背景技术

近年来随着能源价格的不断上涨，节能已经成为世界各国普遍关注的问题。尤其是随着我国近年来的飞速发展，人们生活水平的大幅度提高，各种汽车拥有量呈直线上升，汽车燃油量占全国燃油总消耗量的近55%。然而研究表明：内燃机转变为有用功的能量仅占燃烧室所释放能量的30%-40%；被发动机冷却水系统带走并释放到大气中的能量达到20%-25%；被尾气直接排放到大气中的能量占40%-45%，发动机实际用来做功的能量仅占燃烧室燃烧释放能量的三分之一，其中近三分之二的能量通过冷却水系统和尾气排放系统排放到周围环境中，由此可见，通过回收利用发动机余热可有效提高发动机燃油的经济性。

目前，汽车发动机系统大都采用EGR(ExhaustGasRecirculation，排气再循环)系统，其既可以增加汽车发动机燃油的经济性又具有很好的冷却性能，是目前应用最多的技术，带有EGR系统的发动机系统其工作原理为：发动机从周围环境中吸入空气进入涡轮增压器的压气机端压缩成高压中温的气体，由于经过压缩的气体温度相对很高，气体中氧气密度会急剧下降，影响燃烧室内燃油的燃烧度，燃烧不完全还会产生各种有害气体，所以高压中温气体进入中冷器中，经冷却变成高压低温气体后进入发动机燃烧室；发动机排出的尾气一部分进入EGR系统中的冷却器，这部分尾气经过冷却器成为低温气体与来自中冷器的高压低温气体混合进入发动机燃烧室；另一部分尾气进入涡轮增压器的涡轮端膨胀做功，带动压气机做功后，排放到大气中。此外，发动机的冷却水系统带走一部分余热进入散热器经大气环境冷却后回发动机，形成一个回路。

目前，发动机余热利用的技术主要分为两种：利用发动机余热进行温差发电，利用发动机余热进行做功发电。两种方法各具优缺点：利用余热温差发电，通常设备紧凑，结构简单，体积小，但余热回收效率低；利用发动机余热进行做功发电，通常采用朗肯循环发电系统，在相同的高温热源和低温热源下，这种发电系统较前者具有更高的发电效率，余热利用率更高，但目前提出的朗肯循环发电系统效率仍旧较低，这主要是因为传统的发动机余热回收系统仅仅回收发动机排气余热，并未对发动冷却水系统带走的余热进行回收利用。此外，传统的朗肯循环发电系统结构复杂，体积大，安装维修不便。

发明内容

本实用新型为了克服现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种余热回收率高，燃油经济性高，系统体积小的再热式有机朗肯循环技术的车用发动机余热回收装置。

本实用新型所采用的技术解决方案是一种再热式有机朗肯循环技术的车用发动机余热回收装置，采用再热式朗肯循环车用发动机余热回收系统既对发动机尾气余热进行回收，又对发动机冷却水系统冷却的余热进行回收。包括第一换热器、第一级膨胀机、发电机、冷凝器、储液罐、工质泵和涡轮增压器，发动机的冷却水系统出口端与第一换热器的工作介质输入端相连接，第一换热器的工作介质输出端与冷却水系统入口端相连接，所述的储液罐的输出端与工质泵的输入端相连接，所述的工质泵的输出端与回热器的待加热介质输入端相连接，待加热介质输出端与第一换热器的待加热介质输入端相连接，第一换热器的待加热介质输出端与第一级膨胀机的工作介质输入端相连接，所述的第一级膨胀机的输出端与发电机相连接，所述的第一级膨胀机的工作介质的输出端与冷凝器的输入端相连接，所述的冷凝器的输出端与储液罐的输入端相连接，所述的涡轮增压器一端涡轮端与回热器的工作介质输入端相连接，回热器的工作介质输出端与发动机的进气端相连接。

所述的第一级膨胀机与发电机之间设置有第二级膨胀机和第二换热器，所述的第一级膨胀机的工作介质输出端与第二换热器的待加热介质的输入端相连接，所述的第二换热器的待加热介质的输出端与第二级膨胀机的工作介质输入端相连接，所述的第一级膨胀机的输出端和第二级膨胀机的输出端与发电机相连接，第二级膨胀机的工作介质的输出端与冷凝器的输入端相连接，所述的涡轮增压器另一端涡轮端与第二换热器的工作介质输入端相连接。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：针对车用发动机余热温度的高低及热量的多少，对车用发动机余热进行多级合理的利用。针对发动机冷却水系统带出的大量发动机余热、发动机尾气排出所带的余热以及发动机EGR系统中涡轮增压器压缩气体所产生的热量进行分级利用，涵盖了发动机所有可回收利用的热源。余热回收系统结合发动机EGR系统共用换热器部件，节约部件，有效降低采用有机朗肯循环余热回收发电系统的复杂程度。采用再热式有机朗肯循环，实现余热多级利用，既保证整个余热系统的余热回收效率，增加发动机燃油经济性，又减小了整个发动机余热回收系统的体积。为了减少系统体积，减小系统的复杂程度，余热回收系统结合车用发动机EGR系统工作原理可与EGR系统共用部分组件。常规车用发动机冷却水系统散热器和中冷器采用空冷式换热器，这主要考虑水冷式换热器具有较大的体积，结构也比较复杂，然而安装余热回收系统不仅可有效地回收利用冷却水中的余热，对整个系统还不会增大其复杂度。在申请中利用市场上已广泛出售的板式换热器，不仅换热效果好，价格低廉，而且结构紧凑，占用体积小。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中：

1、发动机，2、第一换热器，3、第一级膨胀机，4、第二换热器，

5、第二级膨胀机，6、冷凝器，7、储液罐，8、工质泵，9、中冷器，

10、发电机，11、EGR冷却器，12、涡轮增压器一端涡轮端，

13、涡轮增压器另一端涡轮端。

具体实施方式

如图1所示，一种再热式有机朗肯循环技术的车用发动机1余热回收装置，包括第一换热器2、第一级膨胀机3、发电机10、冷凝器6、储液罐7、工质泵8和涡轮增压器，膨胀机作为本装置主要的做功部件；储液罐7用来储存用于本装置的有机工质；发电机10发出的电能用于用电设备或转存到蓄电池中备用；发动机1的冷却水系统出口端与第一换热器2的工作介质输入端相连接，第一换热器2的工作介质输出端与冷却水系统入口端相连接，所述的储液罐7的输出端与工质泵8的输入端相连接，所述的工质泵8的输出端与回热器的待加热介质输入端相连接，待加热介质输出端与第一换热器2的待加热介质输入端相连接，第一换热器2的待加热介质输出端与第一级膨胀机3的工作介质输入端相连接，所述的第一级膨胀机3的输出端与发电机10相连接，所述的第一级膨胀机3的工作介质的输出端与冷凝器6的输入端相连接，所述的冷凝器6的输出端与储液罐7的输入端相连接，所述的涡轮增压器一端涡轮端12与回热器的工作介质输入端相连接，回热器的工作介质输出端与发动机1的进气端相连接。EGR系统涡轮增压器的中冷器9在本实施例中起到回热作用故称作回热器。

所述的第一级膨胀机3与发电机10之间设置有第二级膨胀机5和第二换热器4，将涡轮增压器出口端的尾气作为热源。所述的第一级膨胀机3的工作介质输出端与第二换热器4的待加热介质的输入端相连接，所述的第二换热器4的待加热介质的输出端与第二级膨胀机5的工作介质输入端相连接，所述的第一级膨胀机3的输出端和第二级膨胀机5的输出端与发电机10相连接，第二级膨胀机5的工作介质的输出端与冷凝器6的输入端相连接，高温尾气经涡轮增压器另一端涡轮端13推动涡轮做工后与第二换热器4的工作介质输入端相连接。第二换热器4因再次吸收余热故也可称为再热器连接涡轮增压器涡轮端出口的尾气，将经涡轮增压器压缩后的高压中温气体作为再热器的热源。各部件间连接所用管道均采用螺纹式连接方式。

有机工质从储液罐7中出来进入工质泵8，工质泵8做功将有机工质加压成高压的过冷液，过冷液流入中冷器9对来自涡轮增压器的压缩气体进行降温，同时吸热后的过冷液变成饱和液进入第一换热器2，在第一换热器2吸热后，有机工质变成高温高压的过热蒸汽进入第一级膨胀机3，推动第一级膨胀机3做功后有机工质压力和温度都会降低但仍为过热蒸汽，过热蒸汽沿着管道进入与涡轮增压器另一端涡轮端13连接的第二换热器4，在第二换热器4中吸收尾气中的余热有机工质变成过热蒸汽进入第二级膨胀机5，在第二级膨胀机5做功后的有机工质进入冷凝器6冷却变成低温低压的冷凝液进入储液罐7，从储液罐7出来的有机工质进入工质泵8完成发动机1再热式有机朗肯循环的一次循环。发电机10连接膨胀机持续不断的输出电能。

此外，汽车发动机1冷却水系统中冷却水的温度通常维持在85℃-95℃时，最适合发动机1正常工作，也就是说汽车发动机1余热回收发电系统的工作温度维持在100℃左右。对于应用于中低温有机朗肯循环的有机工质基本均适用于此系统，目前研究中使用效率高，对环境污染小的有机工质主要有：R245fa、R114、R11、R123等。

对本系统中应用到的管道要根据有机工质的性质具有特殊性的要求，一般有机工质均具有一定的腐蚀性，其次，在高温情况下，有机工质气体会具有很大的压力，所以，在选择管道时要根据所选有机工质在正常工作下所达到的压力和腐蚀度对管道要有所考虑。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (2)

1.一种再热式有机朗肯循环技术的车用发动机余热回收装置，其特征是：包括第一换热器、第一级膨胀机、发电机、冷凝器、储液罐、工质泵和涡轮增压器，发动机的冷却水系统出口端与第一换热器的工作介质输入端相连接，第一换热器的工作介质输出端与冷却水系统入口端相连接，所述的储液罐的输出端与工质泵的输入端相连接，所述的工质泵的输出端与回热器的待加热介质输入端相连接，回热器的待加热介质输出端与第一蒸发器的待加热介质输入端相连接，第一蒸发器的待加热介质输出端与第一级膨胀机的工作介质输入端相连接，所述的第一级膨胀机的输出端与发电机相连接，所述的第一级膨胀机的工作介质的输出端与冷凝器的输入端相连接，所述的冷凝器的输出端与储液罐的输入端相连接，所述的涡轮增压器一端涡轮端与回热器的工作介质输入端相连接，回热器的工作介质输出端与发动机的进气端相连接。

2.根据权利要求1所述的再热式有机朗肯循环技术的车用发动机余热回收装置，其特征是：所述的第一级膨胀机与发电机之间设置有第二级膨胀机和第二换热器，所述的第一级膨胀机的工作介质输出端与第二换热器的待加热介质的输入端相连接，所述的第二换热器的待加热介质的输出端与第二级膨胀机的工作介质输入端相连接，所述的第一级膨胀机的输出端和第二级膨胀机的输出端与发电机相连接，第二级膨胀机的工作介质的输出端与冷凝器的输入端相连接，所述的涡轮增压器另一端涡轮端与第二换热器的工作介质输入端相连接。