CN215949632U - 一种用于天然气发动机的废热回收系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及发动机尾气废热回收技术领域，具体公开了一种用于天然气发动机的废热回收系统及车辆。本实用新型提供的用于天然气发动机的废热回收系统，在后处理器的上游和下游以及冷却器的上游均设置换热器，并且可以使工质循环单元内的工质选择性的通过第一换热器和/或第三换热器，以在最大程度上利用天然气发动机的排气热能量，同时，还保证了后处理器对排温的需求以及废气回收的温度需求。

Description

一种用于天然气发动机的废热回收系统及车辆

技术领域

本实用新型涉及发动机尾气废热回收技术领域，尤其涉及一种用于天然气发动机的废热回收系统及车辆。

背景技术

天然气发动机作为清洁燃料发动机，凭借其较低的二氧化碳排放，在商用车领域逐渐得以发展。以天然气作为燃料的发动机，尤其是国六阶段采用当量比燃烧技术路线，其排气温度高，适合采用废气能量回收装置进行能量回收，提高发动机整体热效率。朗肯循环作为废气能量回收的一种技术方案，具有热效率高的特点，尤其是当废气温度高的时候，更适合采用此方案进行能量回收。

在目前已有的朗肯循环系统中，热源主要来源是发动机排气，更具体的是后处理器后的排气，以及发动机冷却系统散热，并且大部分朗肯系统均适用于柴油机，目前无具体应用于天然气发动机的朗肯循环系统。并且与传统柴油车辆相比，天然气发动机，尤其是当量比燃烧的天然气发动机，采用三元催化器作为后处理装置，排气侧不同位置的温度不同，作用也不同，所以需要在满足发动机系统需求的同时，尽可能最大化排气能量回收利用率。

因此，亟需提供一种用于天然气发动机的废热回收系统以解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供用于天然气发动机的废热回收系统及车辆，在满足发动机系统需求的同时，提高了排气热能量回收利用率。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于天然气发动机的废热回收系统，包括：

发动机；

排气单元，所述排气单元的进气端与所述发动机的排气端连通，所述排气单元包括后处理器，所述后处理器的上游和下游分别设有第一换热器和第二换热器；

废气回收单元，所述废气回收单元的进气端与所述发动机的排气端连通，所述废气回收单元的排气端与所述发动机的进气端连通，所述废气回收单元包括冷却器，所述冷却器的上游设有第三换热器；

工质循环单元，所述工质循环单元使工质选择性通过所述第一换热器和/或所述第三换热器。

可选地，所述排气单元还包括涡轮机，所述涡轮机设置于所述第一换热器的上游。

可选地，所述工质循环单元包括：

第一循环管路，所述第一循环管路上设有第一换向阀，所述第一循环管路能使所述工质进入所述第一换热器；

第二循环管路，所述第二循环管路的一端与所述第一换向阀连接，另一端连接所述第一换热器的排出口；

第三循环管路，连接所述第一换热器的排出口和所述第三换热器的进入口，所述第三循环管路上设有第二换向阀

第四循环管路，所述第四循环管路的一端与所述第二换向阀连接，另一端与所述第三换热器的排出口连接。

可选地，所述第一换向阀和所述第二换向阀均为三通阀。

可选地，所述工质循环单元包括冷凝器，所述冷凝器设置于所述第二换热器和所述第三换热器之间。

可选地，所述冷凝器的下游设有工质泵。

可选地，所述冷凝器的上游设有膨胀机。

可选地，所述后处理器为三元催化器。

可选地，所述废气回收单元还包括废气回收阀，所述废气回收阀设置于所述冷却器的下游。

一种车辆，包括上述任一项所述的用于天然气发动机的废热回收系统。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的用于天然气发动机的废热回收系统，在后处理器的上游和下游以及冷却器的上游均设置换热器，并且可以使工质循环单元内的工质选择性的通过第一换热器和/或第三换热器，以在最大程度上利用天然气发动机的排气热能量，同时，还保证了后处理器对排温的需求以及废气回收的温度需求。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的用于天然气发动机的废热回收系统的示意图。

图中：

1、发动机；

21、后处理器；22、第一换热器；23、第二换热器；24、涡轮机；

31、冷却器；32、第三换热器；33、废气回收阀；

41、第一循环管路；42、第一换向阀；43、第二循环管路；44、第三循环管路；45、第二换向阀；46、第四循环管路；47、冷凝器；48、工质泵；49、膨胀机。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

针对现有技术中，无具体应用于天然气发动机的朗肯循环系统，并且与传统柴油车辆相比，天然气发动机，尤其是当量比燃烧的天然气发动机，采用三元催化器作为后处理装置，排气侧不同位置的温度不同，作用也不同，所以需要在满足发动机系统需求的同时，尽可能最大化排气能量回收利用率的问题，本实施例提供了一种用于天然气发动机的废热回收系统及车辆以解决上述技术问题。

具体地，如图1所示，本实施例提供的用于天然气发动机的废热回收系统包括发动机1、排气单元、废气回收单元和工质循环单元。排气单元的进气端与发动机1的排气端连通，排气单元包括后处理器21，后处理器21的上游和下游分别设有第一换热器22和第二换热器23。废气回收单元的进气端与发动机1的排气端连通，废气回收单元的排气端与发动机1的进气端连通，废气回收单元包括冷却器31，冷却器31的上游设有第三换热器32。工质循环单元使工质选择性通过第一换热器22和/或第三换热器23。

本实施例提供的用于天然气发动机的废热回收系统，在后处理器21的上游和下游以及冷却器31的上游均设置换热器，并且可以使工质循环单元内的工质选择性的通过第一换热器22和/或第三换热器32，以在最大程度上利用天然气发动机1的排气热能量，同时，还保证了后处理器21对排温的需求以及废气回收的温度需求。

在本实施例中，排气单元将发动机1排出的气体排到大气中，在排到大气中之前先要经过后处理器21进行处理，以降低对空气的污染。后处理器21优选三元催化器。

排气单元还包括涡轮机24，涡轮机24设置于第一换热器22的上游。发动机1排出的一部分气体经过涡轮机24，由涡轮机24排出后，经过第一换热器22进入后处理器21，然后进入到第二换热器23与工质循环单元内的工质换热后排到大气中。

在本实施例中，发动机1排出的另一部分气体进入到废气回收单元内。具体地，废气回收单元包括废气回收管路，废气回收管路的一端与发动机1的排气端连通，废气回收管路的另一端与发动机1的进气端连通，进入废气回收单元内的废气经过冷却器31冷却，与发动机1的进气混合后进入发动机1内。

废气回收单元还包括废气回收阀33，废气回收阀33设置于冷却器31的下游，以便于控制发动机1排出的废气是否再次进入到发动机1内循环使用。

工质循环单元内的工质可以进入到第一换热器22、第二换热器23和第三换热器32内进行换热，以将气态的工质变为液态工质。具体地，工质循环单元包括第一循环管路41、第二循环管路43、第三循环管路44和第四循环管路46，第一循环管路41上设有第一换向阀42，第一循环管路41能使工质进入第一换热器22。第二循环管路43的一端与第一换向阀42连接，另一端连接第一换热器22的排出口。切换第一换向阀42，可以使进入到第二换热器23内的工质流向第一换热器22内进行换热，也可以使进入到第二换热器23内的工质不经过第一换热器22进入到连接第一换热器22的排出口和第三换热器32的进入口的第三循环管路44内。第三循环管路44上设有第二换向阀45，第四循环管路46的一端与第二换向阀45连接，另一端与第三换热器32的排出口连接。切换第二换向阀45，可以使第三循环管路44内的工质进入第三换热器32内进行换热，也可以使第三循环管路44内的工质不经过第三换热器32而进入到第四循环管路46内进行循环。设置的第一循环管路41、第二循环管路43、第三循环管路44和第四循环管路46可以使工质循环单元内的工质选择性进入第一换热器22和/或第二换热器23，以在最大程度上利用天然气发动机的排气热能量，同时，还保证了后处理器对排温的需求以及废气回收的温度需求。

在本实施例中，工质循环单元还包括冷凝器47，冷凝器47设置于第二换热器23和第三换热器32之间，用于将工质由气态冷却至液态。

在冷凝器47的上游设有膨胀机49，冷凝器47的下游设有工质泵48。工质泵48为工质的流动提供动力，以增加循环的速度。

在第一种具体实施方式中，后处理器21上游的尾气温度高于限值，则第一换向阀42打开，朗肯循环的工质经由第一循环管路41进入第一换热器22内，经过第一换热器22后，工质进入第二换向阀45。若是冷却器31上游的排气温度高于限值，则第二换向阀45开启，工质经由第三循环管路44进入第三换热器32内，之后进入膨胀机49进行做功，做功后的工质进入冷凝器47，与冷凝器47内的冷却液换热后，变为液态工质进入工质泵48，经过工质泵48增压后再次循环至第二换热器23，进入下一个循环工况。

在第二种具体实施方式中，后处理器21上游的尾气温度高于限值，则第一换向阀42打开，朗肯循环的工质经由第一循环管路41进入第一换热器22内，经过第一换热器22后，工质进入第二换向阀45。若是冷却器31上游的排气温度低于限值，则第二换向阀45关闭，工质经由第三循环管路44进入第四循环管路46内，之后进入膨胀机49进行做功，做功后的工质进入冷凝器47，与冷凝器47内的冷却液换热后，变为液态工质进入工质泵48，经过工质泵48增压后再次循环至第二换热器23，进入下一个循环工况。

在第三种具体实施方式中，后处理器21上游的尾气温度低于限值，则第一换向阀42关闭，朗肯循环的工质经由第二循环管路43进入第三循环管路44内。若是冷却器31上游的排气温度高于限值，则第二换向阀45开启，工质经由第三循环管路44进入第三换热器32内，之后进入膨胀机49进行做功，做功后的工质进入冷凝器47，与冷凝器47内的冷却液换热后，变为液态工质进入工质泵48，经过工质泵48增压后再次循环至第二换热器23，进入下一个循环工况。

在第四种具体实施方式中，后处理器21上游的尾气温度低于限值，则第一换向阀42关闭，朗肯循环的工质经由第二循环管路43进入第三循环管路44内。若是冷却器31上游的排气温度低于限值，则第二换向阀45关闭，工质经由第三循环管路44进入第四循环管路46内，之后进入膨胀机49进行做功，做功后的工质进入冷凝器47，与冷凝器47内的冷却液换热后，变为液态工质进入工质泵48，经过工质泵48增压后再次循环至第二换热器23，进入下一个循环工况。

本实施例提供的天然气发动机的废热回收系统可以选择性的使朗肯循环内的工质与第一换热器22和第三换热器32进行换热，在保证不影响后处理器21对排温的需求以及废气回收的温度需求的前提下，在最大程度上利用天然气发动机的排气热能量。

本实施例还提供了一种车辆，包括上述的用于天然气发动机的废热回收系统。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于天然气发动机的废热回收系统，其特征在于，包括：

发动机(1)；

排气单元，所述排气单元的进气端与所述发动机(1)的排气端连通，所述排气单元包括后处理器(21)，所述后处理器(21)的上游和下游分别设有第一换热器(22)和第二换热器(23)；

废气回收单元，所述废气回收单元的进气端与所述发动机(1)的排气端连通，所述废气回收单元的排气端与所述发动机(1)的进气端连通，所述废气回收单元包括冷却器(31)，所述冷却器(31)的上游设有第三换热器(32)；

工质循环单元，所述工质循环单元使工质选择性通过所述第一换热器(22)和/或所述第三换热器(32)。

2.根据权利要求1所述的用于天然气发动机的废热回收系统，其特征在于，所述排气单元还包括涡轮机(24)，所述涡轮机(24)设置于所述第一换热器(22)的上游。

3.根据权利要求1所述的用于天然气发动机的废热回收系统，其特征在于，所述工质循环单元包括：

第一循环管路(41)，所述第一循环管路(41)上设有第一换向阀(42)，所述第一循环管路(41)能使所述工质进入所述第一换热器(22)；

第二循环管路(43)，所述第二循环管路(43)的一端与所述第一换向阀(42)连接，另一端连接所述第一换热器(22)的排出口；

第三循环管路(44)，连接所述第一换热器(22)的排出口和所述第三换热器(32)的进入口，所述第三循环管路(44)上设有第二换向阀(45)；

第四循环管路(46)，所述第四循环管路(46)的一端与所述第二换向阀(45)连接，另一端与所述第三换热器(32)的排出口连接。

4.根据权利要求3所述的用于天然气发动机的废热回收系统，其特征在于，所述第一换向阀(42)和所述第二换向阀(45)均为三通阀。

5.根据权利要求1所述的用于天然气发动机的废热回收系统，其特征在于，所述工质循环单元包括冷凝器(47)，所述冷凝器(47)设置于所述第二换热器(23)和所述第三换热器(32)之间。

6.根据权利要求5所述的用于天然气发动机的废热回收系统，其特征在于，所述冷凝器(47)的下游设有工质泵(48)。

7.根据权利要求5所述的用于天然气发动机的废热回收系统，其特征在于，所述冷凝器(47)的上游设有膨胀机(49)。

8.根据权利要求1所述的用于天然气发动机的废热回收系统，其特征在于，所述后处理器(21)为三元催化器。

9.根据权利要求1所述的用于天然气发动机的废热回收系统，其特征在于，所述废气回收单元还包括废气回收阀(33)，所述废气回收阀(33)设置于所述冷却器(31)的下游。

10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的用于天然气发动机的废热回收系统。

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