[发明专利]带蓄热器的内燃机排气余热回收系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于余热回收技术领域，涉及带蓄热器的内燃机排气余热回收系统及控制方法。该系统采用利用导热油回路将内燃机排气中的余热传递给有机朗肯循环回路蒸发器中的工质，利用串联在有机朗肯循环回路中的蓄热器从有机工质吸收热量或释放热量给有机工质，采用单螺杆膨胀机输出有用功带动发电机发电，通过设计的闭环控制系统根据内燃机的工作状态分别调节导热油回路、有机朗肯循环回路和蓄热回路的热力循环工作状态。 

背景技术

当前车用内燃机的燃料燃烧产生的热能只有一小部份被转换为有用功输出，还有近三分之二的热能被发动机的排气、冷却系统和发动机本体的对流和辐射散热白白消耗掉。如果这部份浪费的能量能得到有效利用，一方面可以提高发动机燃料的总热效率，节省能源消耗量，另一方面，可以降低内燃机做功时向环境的散热，改善环境质量，减缓全球变暖的趋势。 

目前利用内燃机废弃的余热的方法主要有：利用余热取暖，利用废气高温的温差发电，利用余热的吸附式热泵制冷和利用余热的有机朗肯循环发电或输出有用功。利用余热取暖在冬季可以较好的利用发动机的余热，但在其它季节不需要取暖时无法充分利用内燃机的余热。利用温差发电技术受到转换效率低的限制，目前还无法实现实用化的应用。利用吸附式热泵制冷装置往往体积太大，效率不高，也不适合车用内燃机应用。利用有机朗肯循环的余热回收技术在当前效率是最高的，采用有机朗肯循环系统目前还在研究阶段，当前的型式都很少考虑车用内燃机工作工况变化范围广，动态工作过程持续时间长，余热热量不稳定的特点，在某一个工况点能实现内燃机余热的最大化利用，但在其它工况点则很难做到。 

发明内容

本发明的目的在于提出带蓄热器的内燃机排气余热回收系统及控制方法。针对车用内燃机工作时排气余热热量变化大不稳定的特点，利用相变蓄热材料来调节排气余热热量在工作过程中的分配，保证内燃机动态工作过程中因排气余热大范围变化时有机朗肯循环回路中有机工质流量的变化不致太大，从而保证膨胀机输出功率波动幅度不大，能实现有机朗肯循环回路稳定的功率输出，同时有利于延长工作部件的寿命。 

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术解决方案： 

利用排气温度闭环反馈控制的导热油回路将内燃机排气带走的余热充分传递给有机朗肯循环回路的有机工质，利用过热温度闭环反馈控制的蓄热回路来调节工作过程中余热的释放速度、利用冷凝温度分别闭环反馈控制结合开环控制的有机朗肯循环回路将导热油回路传递过来的余热转换为有用功输出，带动发电机发电，导热油回路和有机朗肯循环回路通过蒸发器耦合在一起，蓄热回路和有机朗肯循环回路通过蓄热器耦合在一起。 

本发明的带蓄热器的内燃机排气余热回收系统，包括导热油回路，有机朗肯循环回路，蓄热回路和控制通路。上述用于吸收内燃机排气余热的导热油回路包含的部件有：导热油回路工质泵、导热油回路压力调节阀、导热油回路调节电机、排气热交换器、蒸发器、排气常开开关阀、排气常闭开关阀以及连接它们的管道。上述用于内燃机的余热热功转换的有机朗肯循环回路包含的部件有：有机朗肯循环回路工质泵、有机朗肯循环回路压力调节阀、有机朗肯循环回路调节电机、蒸发器、蓄热器、单螺杆膨胀机、发电机、冷凝器、冷凝器风扇、冷凝器风扇调节电机以及连接它们的管道。上述用于蓄热的蓄热回路包含的部件有：蓄热回路工质泵、蓄热回路调节电机、蓄热回路控制阀、蒸发器、蓄热器以及连接它们的管道。上述用于控制的控制通路包含的部件有：控制单元、发动机转速传感器、油门踏板位置传感器、大气环境温度传感器、起动开关、排气尾气温度传感器、导热油温度传感器、有机工质过热温度传感器、有机工质冷凝温度传感器、导热油回路调节电机、有机朗肯循环回路调节电机、冷凝器风扇调节电机、蓄热回路调节电机、排气常开开关阀、排气常闭开关阀、蓄热回路控制阀以及连接这些部件的线束。 

导热油回路各部件的连接关系是：导热油回路工质泵，排气热交换器和蒸发器通过管道依次首尾相连组成循环回路，导热油回路调节电机与导热油回路工质泵相连并驱动其运转，通过调节电机转速来控制导热油的流量，导热油回路压力调节阀与导热油回路工质泵并联，用以限制导热油最高工作压力，排气热交换器串接在涡轮出口的排气管上，导热油温度传感器安装在排气热交换器出口侧的管道上，在排气热交换器的废气入口前的管道上串接排气常开开关阀，在排气常开开关阀的入口前的管道上的旁路排气管上串接排气常闭开关阀。