CN205591989U - 基于有机朗肯循环车用发电系统的冷却结构 - Google Patents

Abstract

基于有机朗肯循环车用发电系统的冷却结构，包括有机朗肯循环系统和对其有机工质的冷却结构，有机朗肯循环系统的结构包括蒸发器（1），涡旋膨胀机（2），发电机（3），冷凝器（4），离心工质泵（5）；蒸发器（1）、涡旋膨胀机（2）、冷凝器（4）和离心工质泵（5）之间经金属软管串联在一起形成一个循环通路；有机工质的冷却系统的结构包括冷却水泵（6），冷却水管路（7），散热片（8），散热风扇（9），发动机的冷却系统的结构包括散热片（8）、散热风扇（9）和发动机冷却水泵（10），各部件之间由冷却水管串联连接，涡旋膨胀机（2）同轴连接有发电机（3），回收发动机尾气的有机朗肯循环系统与其有机工质的冷却系统经冷凝器（4）连接。

Description

基于有机朗肯循环车用发电系统的冷却结构

技术领域

本实用新型属于低温节能减排技术领域，具体基于有机朗肯循环车用发电系统的冷却技术。

背景技术

随着世界经济的高速发展，全球气候的问题日益严重，不可再生资源日益短缺，因此，节能、减排、工业余热的再度回收利用技术已成为当今世界各国研究的重要课题之一。而汽车发动机常采用内燃机作为汽车的直接动力来源，将燃油的化学能转化为汽车的动能，提高对燃油的充分利用率，可大大改善汽车发动机性能。据相关研究表明，汽车发动机燃油混合气能量的利用率仅仅只有三分之一左右，剩余的热量大多以冷却水和尾气的形式直接排放到大气当中。如果能将这部分能量得到回收利用，一方面可以提高发动机的总体效率，节省能源的消耗，另一方面降低了发动机做功时的散热耗能，改善了环境质量，减缓全球气温变暖的趋势。

有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle，简称ORC）是以低沸点的有机物为工质的朗肯循环，主要由蒸发器（换热器）、膨胀机、冷凝器和工质泵四大部分组成。有机朗肯循环的工作原理是液体有机工质在蒸发器中吸收余热流中的热量，蒸发生成一定压力和温度的工质蒸汽，蒸汽进入涡旋膨胀机，带动膨胀机动涡盘做功，从而带动发电机转子发电。从膨胀机排出的蒸汽进入冷凝器，由冷却水对其降温成液态状，经工质泵重新回到蒸发器，如此不断的循环下去，将ORC应用于低温余热回收是研究已久的课题，现已将其应用在发动机余热回收中。

就目前而言，在回收利用车辆发动机废气的有机朗肯循环系统中，大多只是对尾气采取利用，而忽略了对有机朗肯循环中有机工质的降温处理，其存在的缺点就是：（1）现有的车用有机朗肯循环系统对于膨胀机输出的低温气体状有机工质，对冷凝器中冷却水的来源没有注明，若是增加一个冷却系统装置，就会增加车辆的负重；（2）汽车底盘空间不够充分，能提供给有机朗肯循环系统的安装空间极其有限，从而影响汽车性能。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于有机朗肯循环的车用发电系统的冷却结构设置。给有机朗肯循环系统在不增加冷却系统的情况下，利用发动机本身的冷却系统，为低温气体状的有机工质冷却提供了一种手段。

本实用新型是基于有机朗肯循环的车用发电系统的冷却结构，包括有机朗肯循环系统和对其有机工质的冷却结构，有机朗肯循环系统的结构包括蒸发器1，涡旋膨胀机2，发电机3，冷凝器4，离心工质泵5；蒸发器1、涡旋膨胀机2、冷凝器4和离心工质泵5之间经金属软管串联在一起形成一个循环通路；有机工质的冷却系统的结构包括冷却水泵6，冷却水管路7，散热片8，散热风扇9，各部件之间由冷却水管串联连接形成一个循环通路；发动机的冷却系统的结构包括散热片8、散热风扇9和发动机冷却水泵10，各部件之间由冷却水管串联连接，涡旋膨胀机2同轴连接有发电机3，回收发动机尾气的有机朗肯循环系统与其有机工质的冷却系统经冷凝器4连接；冷凝器4有四个端口，第一端A1为工质输出口，与离心工质泵5的进口连接，第二端A2为工质输入口，与涡旋膨胀机2的出气口连接，第三端A3为有机工质冷却水的输出口，第四端A4为有机工质冷却水的输入口，接入有机工质的冷却系统。

本实用新型的优点在于：采用有机物代替低蒸发点的水作为循环的工作介质，提高有机朗肯循环系统的余热回收效率；利用发动机冷却系统，对涡旋膨胀机排出的低温气体进行冷却降温，可提高发动机效率，不会占用车辆有限的底盘空间。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图，图2为本实用新型中冷凝器结构示意图，附图标记及对应名称为：蒸发器1，涡旋膨胀机2，发电机3，冷凝器4，工质泵5，冷却水泵6，冷却水管路7，散热片8，散热风扇9，发动机冷却水泵10，发动机11，第一端A1，第二端A2，第三端A3，第四端A4。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实用新型是基于有机朗肯循环的车用发电系统的冷却结构，包括有机朗肯循环系统和对其有机工质的冷却结构，有机朗肯循环系统的结构包括蒸发器1，涡旋膨胀机2，发电机3，冷凝器4，离心工质泵5；蒸发器1、涡旋膨胀机2、冷凝器4和离心工质泵5之间经金属软管串联在一起形成一个循环通路；有机工质的冷却系统的结构包括冷却水泵6，冷却水管路7，散热片8，散热风扇9，各部件之间由冷却水管串联连接形成一个循环通路；发动机的冷却系统的结构包括散热片8、散热风扇9和发动机冷却水泵10，各部件之间由冷却水管串联连接，涡旋膨胀机2同轴连接有发电机3，回收发动机尾气的有机朗肯循环系统与其有机工质的冷却系统经冷凝器4连接；冷凝器4有四个端口，第一端A1为工质输出口，与离心工质泵5的进口连接，第二端A2为工质输入口，与涡旋膨胀机2的出气口连接，第三端A3为有机工质冷却水的输出口，第四端A4为有机工质冷却水的输入口，接入有机工质的冷却系统。

本实用新型是基于有机朗肯循环的车用发电系统的冷却结构，其结构示意图如图1所示，其中包括蒸发器1，涡旋膨胀机2，发电机3，冷凝器4，工质泵5，冷却水泵6，冷却水管路7，散热片8，散热风扇9，发动机冷却水泵10，发动机11，发动机尾气出口12。其特征在于：所述的发动机的尾气回收利用有机朗肯循环系统，包括蒸发器1、涡旋膨胀机2、冷凝器4和离心工质泵5四大部件，各个部件 之间由金属软管串联形成一个循环通路；膨胀机4同轴连接有发电机3；回收发动机尾气的有机朗肯循环系统与其有机工质的冷却系统经冷凝器4连接，冷凝器4的A1端连接工质泵5的进口，A2端连接膨胀机出气口，A3端和A4端接入有机工质的冷却系统。

根据以上所述的基于有机朗肯循环的车用发电系统的冷却结构，冷凝器4采用水冷式。

冷却系统采用与发动机原有的冷却系统并联的方式，由发动机冷却系统冷却工质。

回收发电机尾气余热的有机朗肯循环采用有机物作为循环的工作介质。

本实用新型的具体工作过程如下：发动机启动之后，由汽缸所排出的高温废气经排气管进入有机朗肯循环系统的蒸发器1，并加热换热器，最后经蒸发器出口排出废气；与此同时，有机朗肯循环中，工质泵将高压液态状有机工质送入蒸发器1吸热并蒸发成高温高压蒸汽之后进入涡旋膨胀机2带动动涡盘做功，通过主轴带动发电机3发电。膨胀机2出气口排出的低温气态状有机工质通过冷凝器进口进入冷凝器4，同时，冷却水泵6将冷却水送入冷凝器4进行冷却，之后，冷却水在冷却水泵6的作用下，通过A3端口进入发动机冷却系统，由散热片8和散热风扇9散热，再进入下一次冷却，以此形成循环冷却。而有机工质经过冷却水冷却后由工质泵送入下一次循环。

Claims (4)

1.基于有机朗肯循环车用发电系统的冷却结构，包括有机朗肯循环系统和对其有机工质的冷却结构，有机朗肯循环系统的结构包括蒸发器（1），涡旋膨胀机（2），发电机（3），冷凝器（4），离心工质泵（5）；蒸发器（1）、涡旋膨胀机（2）、冷凝器（4）和离心工质泵（5）之间经金属软管串联在一起形成一个循环通路；有机工质的冷却系统的结构包括冷却水泵（6），冷却水管路（7），散热片（8），散热风扇（9），各部件之间由冷却水管串联连接形成一个循环通路；发动机的冷却系统的结构包括散热片（8）、散热风扇（9）和发动机冷却水泵（10），各部件之间由冷却水管串联连接，涡旋膨胀机（2）同轴连接有发电机（3），其特征在于：回收发动机尾气的有机朗肯循环系统与其有机工质的冷却系统经冷凝器（4）连接；冷凝器（4）有四个端口，第一端（A1）为工质输出口，与离心工质泵（5）的进口连接，第二端（A2）为工质输入口，与涡旋膨胀机（2）的出气口连接，第三端（A3）为有机工质冷却水的输出口，第四端（A4）为有机工质冷却水的输入口，接入有机工质的冷却系统。

2.根据权利要求1所述基于有机朗肯循环车用发电系统的冷却结构，其特征在于：冷凝器（4）采用水冷式。

3.根据权利要求1所述基于有机朗肯循环车用发电系统的冷却结构，其特征在于：冷却系统采用与发动机原有的冷却系统并联的方式，由发动机冷却系统冷却工质。

4.根据权利要求1所述基于有机朗肯循环车用发电系统的冷却结构，其特征在于：回收发电机尾气余热的有机朗肯循环采用有机物作为循环的工作介质。