[发明专利]基于有机朗肯循环的发动机废热回收系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种发动机废热回收系统，尤其涉及一种基于有机朗肯循环的发动机废热回收系统。

背景技术

普通的朗肯循环系统用于汽轮机的发电，这种朗肯循环包括了透平、冷凝器、泵、蒸发器等装置。采用的工质一般为水蒸汽，水从蒸发器中吸收热量，变成高温高压蒸汽，驱动透平做功发电，做功后的乏气回到冷凝器中冷凝变成液体，再由水泵驱动到蒸发器，实现一个系统循环。有机朗肯循环与普通朗肯循环类似，只是工质不同，一般采用有机流体代替水，如采用R134a，R245fa等。

基于有机朗肯循环的发动机废热回收装置，就是利用发动机排出的尾气(废气)的能量，低温液态的制冷剂工质从发动机排出的尾气中吸收热量，蒸发成过热高压蒸汽，驱动透平做功发电，同时低压的制冷剂乏气在冷凝器中放出热量，变成液体制冷剂，通过泵加压后输送到蒸发器中，完成整个制冷剂工质的循环，从而实现发动机废气能量回收。

近年来，为了提供发动机的效率和功率输出，发动机正向高增压和双极增压双极冷却方向发展。同时，为了满足排放法规限制，降低颗粒物和NO_X的排放，纷纷采用废气再循环冷却器(EGR冷却器)和颗粒捕捉器等后处理装置，随着排放法规进一步提升，对发动机高增压和EGR的要求也更高，如，为降低非完全燃烧产物(CO，HO)，采用氧化催化还原装置；为降低排气中颗粒物(PM)，采用燃烧的方式处理颗粒物，从而使发动机排气温度更高；为使气缸燃烧获得更多空气采用双极增压，双极中冷技术等。这些换热器单元都是一个个可利用的热源，因此可以通过有机朗肯循环实现能量的回收，通过该系统装置，不仅提高了发动机的有效的能量输出，并为发动机各冷却单元提供了更为高效可靠的冷却方式与载体。

为更高效的利用发动机排气的废热，基于有机朗肯循环的发动机废气回收系统装置在实现方式上也各有侧重，经过现有文献和专利的检索，发现目前存在几种不同结构形式的发动机有机朗肯循环系统并不够完善。专利号为US6986251的专利文献，提出的发动机的废气回收装置，主要是利用一个主泵和一个辅助泵，以减少制冷剂工质在高速主泵内产生的穴蚀问题，同时该系统中主要包括废气蒸发器、冷凝器和相关的水箱、油冷器、增压中冷器、水箱散热器、增压中冷器、发动机油冷器等；该发明的系统中没有过多的考虑到发动机废气再循环装置，并抛弃了传统的利用环境空气冷却缸套冷却液和增压空气等冷却方式，对现有装置改变比较大。专利号为WO 2009/045196的专利，该专利介绍了有机朗肯循环的系统装置，该系统采用了两套有机制冷剂作为工作介质，实现能量的回收利用，其利用热源是太阳能等低品位能源。专利号为WO2005/049975的专利，该专利与US 6986251专利在系统原理结构上较为相近，该专利把传统的发动机水箱散热器和增压中冷器两个换热器结合在一起，采用制冷剂为冷却介质，分别冷却缸套冷却液和增压空气，同时制冷剂液体也在两个换热器内吸收热量进行预热，然后再流入以发动机尾气为热源的蒸发器中，吸收热量，蒸发成蒸汽，进而做功，实现能量的回收。

上述现有技术都并没有关注因发动机排放法规的日益严格，而采用的EGR废气处理器、颗粒捕捉器等后处理设备作为能量回收的热源；而同时，并没有考虑发动机进一步的双极增压而采用的双极中冷器作为能量回收的热源；双级增压中冷技术上，第一级增压后，增压空气温度高达250～300℃，这为传统的铝材质的中冷器的设计带来挑战；并且，上述现有技术也没有考虑到系统本身的优化，以实现更多能量回收，从而实现整个发动机功率的提高与燃油经济性的提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种有效的基于有机朗肯循环的发动机废热回收系统，克服了上述现有技术的不足。

为达到上述发明目的本发明所采用的技术方案是：一种基于有机朗肯循环的发动机废热回收系统，包括如下四个子系统：热能回收系统、增压空气系统、废气排放系统以及冷却空气系统，其中：