[发明专利]发动机用双循环余热回收发电系统

说明书

本发明属于余热回收技术领域，涉及一种发动机用双循环余热回收发电系统，该系统包括发动机排气余热回收系统(基于超临界CO₂布雷顿循环)和发动机冷却液余热回收系统(基于有机朗肯循环系统)。本发明利用超临界CO₂布雷顿循环回收发动机排气余热，利用有机朗肯循环回收发动机冷却液余热。通过结合上述两种热力循环的优点，充分利用发动机高、中、低品位的热能，从而达到“温度对口，梯级利用”的目的。相较于现有的技术方案，本发明具有结构紧凑、余热能利用率较高的优点，具有较为广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于余热回收技术领域，涉及一种利用超临界CO₂布雷顿循环回收发动机排气余热和利用有机朗肯循环回收冷却液余热的双循环余热回收发电系统。

背景技术

从发动机的能量平衡来看，输出的有效功率一般只占燃油燃烧总热量的 30％-45％(柴油机)或20％-30％(汽油机)，余热能量主要通过排气和冷却介质 (冷却液、机油散热等)被排放到大气中。由此可以看出，发动机余热能回收利用技术具有广泛的应用空间。

发动机运行时，通过排气系统和冷却系统散失的余热能具有不同的热力状态和属性，其中排气余热属于中高温余热，冷却水余热属于低温余热。因此，如何设计余热回收系统同时回收排气和冷却液的余热能，以提高发动机的热效率具有很大的挑战性。目前在众多余热回收技术中，超临界CO₂布雷顿循环与有机朗肯循环因其系统简单、结构紧凑、效率高，被认为在余热发电领域具有良好的应用前景。其中超临界CO₂布雷顿循环运行在中高温区域，主要用于回收发动机排气余热。超临界CO₂布雷顿循环是以CO₂作为循环工质，CO₂具有相对稳定的化学性质、良好的物理性能、可靠的安全性，价格低廉以及易于获取等优点，并且CO₂的临界温度和临界压力相对较低，易达到超临界状态。当CO₂处于超临界状态，其气体粘性小和液体密度大的特殊物理特性，使其具有流动性好、传热效率高、可压缩性小等典型优势，适合用于热力循环。有机朗肯循环采用低沸点的有机物取代水作为循环工质时，有利于通过蒸发从冷却液中吸收余热，同时也有利于与超临界CO₂布雷顿循环进行联合工作。

结合上述两种热力循环的优点，本发明提出了一种超临界CO₂布雷顿循环加有机朗肯循环的双循环余热回收发电系统。

发明内容

本发明的目的是为了提出一种能够同时回收发动机排气和冷却系统余热的双循环余热回收系统，从而将低品位的余热能转化为高品位的电能。针对发动机排气余热与冷却液余热温度差异大的特点，利用超临界CO₂布雷顿循环加有机朗肯循环的双循环余热回收方式，充分利用发动机高、中、低品位的热能，从而达到“温度对口，梯级利用”的目的。为了实现上述目标，本发明采用如下的技术解决方案：

本发明所提出的发动机双循环余热回收发电系统，主要由发动机排气余热回收系统和发动机冷却液余热回收系统组成。所述发动机排气余热回收系统基于超临界CO₂布雷顿循环，所述发动机冷却液余热回收系统基于有机朗肯循环。发动机排气余热回收系统和发动机冷却液余热回收系统通过预热器耦合在一起；

上述的发动机排气余热回收系统，包括发动机排气通路、蒸发器、压缩机、涡旋膨胀机、发电机、预热器、储气罐和相应的连接管路组成。储气罐中低温低压的超临界CO₂工质经过压缩机升压后进入蒸发器吸收发动机排气余热，高温高压的工质进入涡旋膨胀机，从而带动发电机发电，工质做功后经预热器冷却后进入储气罐，完成一个闭式循环。