[实用新型]两级单螺杆膨胀机有机朗肯循环柴油机尾气余热利用系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及两级单螺杆膨胀机有机朗肯循环柴油机尾气余热利用系统，主要用于回收利用车用柴油机尾气所带走的热量，属于节能减排领域。

背景技术

根据热平衡分析，柴油机中转变为有效功的热量仅占燃料燃烧发出热量的30％-45％，而燃料燃烧的总热量的25％～45％随尾气排出。如果采用某些技术手段用来回收柴油机尾气所带走的热量，不仅可以提高柴油机的综合能量利用率，而且具有显著的节油效果。

目前，回收柴油机尾气所带走的能量的方式主要有废气涡轮增压技术、温差发电技术、发动机余热取暖和制冷技术、后接蒸气动力循环做功技术等。不过，这些技术目前都存在一些缺陷。废气涡轮增压技术主要缺点是只能利用发动机尾气所具有的动能，而其热能并没有被利用而是损失掉了；温差发电技术主要缺点是受到材料的限制，只能回收柴油机尾气的部分热能，而不能充分的回收柴油机尾气所带走的热量；发动机余热取暖和制冷的缺点是能量利用率比较低；后接蒸气动力循环做功技术主要缺点是很难回收低品位的热源能量。后热闹蒸气动力循环做功技术主要是通过经典朗肯循环原理，即由蒸发器、膨胀机、冷凝器、泵等主要部件组成的蒸气动力循环系统进行工作。经典朗肯循环所采用的工质是水，在常压情况下，其温度达到100℃时才会有蒸汽出现，而涡轮机的设计要求涡轮机内不可以出现液滴，因此系统的蒸发温度在100℃及以上时，才可以保证系统处于正常的运转状态；此外，水的气化潜热相对于有机工质来说非常大，水在从饱和液态转变为饱和气态时所需要吸收的热量相对有机工质来说非常大，因此对于热源的要求比较高，不可以吸收低品位热源的能量；而市面上可以看到的涡轮机械输出功率都在几十千瓦甚至以上，用涡轮机作为膨胀机械应用到朗肯循环中，所需要的是大流量高温的热源，而对于小流量低温的热源很难进行回收。

实用新型内容

本实用新型的目的在于为了克服经典朗肯循环中不能回收低品位热源能量的局限性，而提出了一种采用两级单螺杆膨胀机有机朗肯循环柴油机尾气余热利用系统的方案用来回收柴油机尾气带走的热量。可以实现当柴油机处于不同转速不同负荷变工况条件下，在不影响柴油机正常工作的情况下，可以大幅提高柴油机尾气余热的回收率，从而提高柴油机的燃油经济性和柴油机的综合能量利用率。

为了实现上述目标，本实用新型采用了以下措施：

本实用新型采用有机物作为朗肯循环系统的工质。这种工质在常压下蒸发温度普遍都比较低，且其气化潜热比水低很多，可以在吸收较少的热量后就从饱和液态转化为饱和气态，因此，利用这种工质的朗肯循环可以吸收小流量、低温度的低品位热源的能量，适合车用柴油机排气温度较低，流量较小的特点。

本实用新型采用两级单螺杆膨胀机作为有机朗肯循环的膨胀动力机。这种两级单螺杆膨胀机结构适合柴油机在不同转速不同负荷变工况条件下尾气所带走能量不同的特点。单螺杆膨胀动力机是一种填补国际空白的容积式膨胀机，其原理是当高压气体或蒸汽进入单螺杆膨胀机后，通过膨胀将热能或压力能转换为机械能，带动发电机进行发电。这种膨胀机具有良好的功率输出特性以及温降特性，它的功率范围在1kW～1000kW范围内，克服了传统蒸汽轮机和燃气轮机不能太小的缺陷；它的膨胀比在1～8范围内，可以输出更多的轴功。另外单螺杆膨胀机可用多种类型的工质，可以为高压气体、过热蒸汽、饱和蒸汽、汽液两相或热液，因此，特别适合各种废气余热的回收。本实用新型采用两级单螺杆膨胀机，可以满足柴油机在不同转速不同负荷变工况条件下尾气所带走热量不同的特点，尽可能多地回收柴油机尾气所带走的热量。