[发明专利]发动机余热回收热力循环系统装置

说明书

技术领域

本发明属于余热利用技术，具体涉及一种对发动机余热回收的热力循环系统。

技术背景

众所周知，发动机燃料燃烧释放的能量仅有一部分转化为机械功，驱动输出轴，而其余大部分热能则作为废热排放掉。目前，发动机的热效率柴油机一般为30％-45％，汽油机为20％-30％。表明约2/3的能量通过冷却系统、润滑系统和排气进入周围环境，造成严重的能源浪费并且对环境产生了污染，因此如何提高燃料利用率和降低尾气排放，成为发动机行业节能减排的主要问题。由此可见对发动机排气余热的回收，是提高发动机燃油利用率的一项关键技术。

对于发动机而言，余热利用主要分三个方面：余热取暖或制冷、余热温差发电、余热做功等。利用余热取暖，系统密封性要求较高、容易积碳、易腐蚀，安全性较差；利用余热进行吸收式制冷，则存在制冷效率低、系统体积大、并且受运行工况限制等；利用余热进行温差发电，虽然存在效率较低、成本高、结构不够紧凑等缺陷，但是主要问题是热电材料技术不过关。发动机余热属于中低温热源，所以利用余热做功一般采用朗肯循环，而且通常采用水作为传热介质，因此其余热回收效率较低、装置体积大。如果采用适合于余热循环的有机工质，效率会升高，装置体积会减小，但由于有机工质的分解温度较低而受到限制。能否针对上述缺陷提出一种相对于发动机余热回收效率较高的热力循环系统，则是发动机行业之所求。

发明内容

本发明的目的是，提出一种对发动机余热回收的热力循环系统，实现中低温余热能的梯级利用，从而达到提高发动机的燃油经济性和降低排放的目的。

本发明通过下述技术方案予以实现：发动机余热回收热力循环系统装置包括：发动机、温差发电器、蒸发器、膨胀机、冷凝器、工质泵、预热器、旁通阀、发电机、风扇和压力及温度传感器等。其系统组成：发动机的排气管串接于温差发电器和蒸发器；温差发电器的工质侧通过管路依次串接于蒸发器、膨胀机、回热器的高温侧、冷凝器、工质泵、预热器的工质侧、再经冷凝器的低温侧返回温差发电器，构成闭路循环系统。回热器高温侧的进口与外部出口管路之间设有第一旁通阀；预热器的进口与外部出口管路之间设有第二旁通阀。预热器是给工质泵排出的工质进行加热的，但是如果工质泵排出的工质温度高于预热器发动机冷却水的温度时，第二旁通阀就要开启，而无需预热器加热。回热器的作用也是给进入温差发电器的工质来预热的，一般情况下，回热器高温侧的温度高于低温侧的温度，但是如果出现膨胀机排出的乏汽温度低于该回热器低温侧温度的情况时，第一旁通阀开启，使工质则直接从膨胀机进入到冷凝器。利用自动电气控制系统，监测该热力循环系统中6个点的温度及压力，控制两个旁通阀的开启与关闭，从而保证系统的工质的最佳流程，使余热得到充分的利用。

除了温差发电器外，有回热器、冷凝器和预热器三套换热设备投入运行。发动机高温排气通过温差发电器与工质换热后即可输出一部分电能，而从蒸发器开始循环工质经膨胀机、回热器、冷凝器、工质泵、预热器等返回温差发电器所构成的闭路循环系统，为有机朗肯循环热利用发电系统。

即从蒸发器出来的高温高压气态工质，进入膨胀机做功，膨胀机与发电机轴连接而带动发电机发电。离开膨胀机的工质乏汽先进入回热器，对进入温差发电器的工质进行预热，然后进入冷凝器(风冷换热)继续降温，以保证进入工质泵的工质为液态。然后该工质进入预热器，与(发动机进行冷却后的)预热器循环水进行换热升温，再经回热器的二次预热后返回温差发电器进行下一个循环。

本发明的特点以及产生的有益效果是：

(1)克服了目前发动机余热回收技术中的缺陷，实现发动机余热能的梯级利用，达到提高发动机的燃油经济性和降低排放的目的。

(2)通过温差发电器与有机朗肯循环间的热交换，将未被温差发电器利用的能量，传递给有机朗肯循环，实现较高的余热回收效率。

(3)通过自动电气控制系统，监测该热力循环系统中6个点的温度及压力，控制旁通阀的开启与关闭，保证系统的工质的最佳流程，使系统工况稳定运行。

附图说明

所示附图为本发明的系统装置以及工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明系统结构以及工作过程做进一步的说明。需要说明的是，本实施例是叙述性的，而不是限定性的，不以此限定本发明的保护范围。