[发明专利]一种三角循环和朗肯循环联合的余热回收系统及其方法

说明书

本发明公开了一种三角循环和朗肯循环联合的余热回收系统及其方法，所述余热回收系统包括：工质泵、蒸发器、膨胀机、冷凝器。在三角循环中，工质进入高温循环蒸发器吸热并始终保持液态，然后进入膨胀机做功，做功结束的乏汽在高温循环冷凝器中预热朗肯循环中的低温工质。在朗肯循环中，工质进入高温循环冷凝器与三角循环中的乏汽换热，后进入低温循环蒸发器，与已在高温循环中与高温工质换热的低温尾气进行逆流换热，后进入低温循环膨胀机内做功。本发明的三角循环能够在高温循环蒸发器中避免传统朗肯循环中工质等温吸热过程，改善了热源与工质间的温度匹配问题，进而减小系统火用损失，有利于汽车尾气余热的高效回收利用。

技术领域

本发明涉及汽车发动机尾气余热回收应用领域，尤其涉及一种基于三角循环和朗肯循环联合的余热回收系统及其方法。

背景技术

燃油在发动机燃烧过程中产生的能量并没有全部转变成汽车的动能，除去电气系统的消耗以及机械系统的摩擦外，约有30％-40％的能量以尾气余热的形式排放到大气环境中。再考虑到燃油内燃机汽车保有量巨大，如能将汽车尾气余热回收加以利用，将有效提高汽车燃油经济性，并大幅减少温室气体的排放。

但是汽车尾气余热属于低品位余热，而有机朗肯循环是实现其利用的有效技术。有机朗肯循环利用沸点相对较低的有机物作为循环工质，将低品位余热转换为高品位的电能，具有结构简单、工作压力适宜等特点，是提高能源利用途径和降低环境污染的有效途径。但因其热源温度低，导致其能源利用率比较低。只有减少系统内部各环节不可逆火用损失，把更多的余热转化为机械功，才能进一步提高能源利用率。其中，在蒸发器内部的换热过程中，工质温度在预热段近似线性上升，在蒸发段为等温吸热过程，在过热段又近似线性增长；而热源在整个放热过程中温度曲线均为近似线性下降。由此带来的热源和工质间的温度匹配不佳，产生了大量的传热火用损失，是整个循环系统火用损失的主要部分。

因此，针对热源与工质间的温度匹配问题，新型余热回收系统得到了研究：三角循环能够避免工质在蒸发环节的等温吸热过程，始终使工质呈液态状态，使其温度曲线尽量保持线性上升。由此可以很好地解决热源与工质间的温度匹配问题，进而减少循环火用损失，提高能源利用率。

因此，在传统朗肯循环余热回收利用的基础上，提出一种三角循环和朗肯循环联合的余热回收系统对低品位汽车尾气余热的高效回收利用是大有裨益的。

发明内容

本发明要解决的问题是，针对传统有机朗肯循环在实现低品位余热利用的过程中的能源利用率较低的问题，提出一种三角循环和朗肯循环联合的余热回收系统及其方法。该系统结构简单，利用三角循环的热力学特性强化蒸发器内部的传热过程，减少徐彤总体不可逆火用损失，提高能源利用率。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于三角循环和朗肯循环联合循环的余热回收系统包括高温循环工质泵、高温循环蒸发器、高温循环膨胀机、高温循环冷凝器、低温循环工质泵、低温循环蒸发器、低温循环膨胀机、低温循环冷凝器；

高温循环工质泵、高温循环蒸发器、高温循环膨胀机、高温循环冷凝器顺次相连构成三角循环；低温循环工质泵、高温循环冷凝器、低温循环蒸发器、低温循环膨胀机、低温循环冷凝器顺次相连构成朗肯循环；高温废气顺次流经高温循环蒸发器、低温循环蒸发器；所述的高温循环冷凝器作为朗肯循环中工质进入低温循环蒸发器前的预热器，所述的高温循环膨胀机为胜任两相流工况的膨胀机。

优选的，所述高温循环膨胀机为螺杆膨胀机。

本发明系统的各组成部分的功能和作用如下：

所述的高温循环工质泵是三角循环系统中提升压力的设备。饱和液态工质经泵机压缩后压力升高。