[发明专利]耦合车辆空调的新型内燃货车能源供应系统及方法

说明书

本发明涉及一种耦合车辆空调的新型内燃货车能源供应系统及方法，属于能源与动力领域。其特征在于：上述ORC耦合柴油机能源系统余热采集来自第一蒸发器（5）；该系统的有机朗肯循环子系统包括涡轮（19），低压工质泵（20），高压工质泵（18）。其与现有相关回收车辆烟气余热的复合动力系统及方法的专利相比主要区别在于新增了一个涡轮（19）和低压工质泵（20），提高能量利用率，降低热排放。并且采用伸缩蝶阀，避免回流发生。

技术领域

本发明涉及一种耦合车辆空调的新型内燃货车能源供应系统及方法，属于能源与动力领域。

背景技术

柴油机车应用领域广泛。但其当前的热转功效率仅有40%左右，其余能量主要以废热形式排至环境，而冷却液废热占20-30％，排气废热占30-40％。进一步提高其能量利用效率并减少污染排放是其未来的发展趋势。

单从发动机效率的角度来看，在采用了直喷式汽油发动机技术和均质充量压缩燃烧技术之后，要再从燃烧的角度提高燃料利用率已非常困难。

近年来，利用ORC系统回收柴油机的烟气余热能收到了研究者的关注。该方法不仅能有效提高发动机燃料利用率，而且在相同交通能力条件下，还能减少环境污染。现有余热回收的几种方式中效率较高的主要为有机朗肯循环(organic Rankine cycle, ORC)技术，而ORC技术在重型车上可获得5-10%的燃油经济性改善效果。随着烟气质量流量或温度的增加，系统效率、系统对外输出功均有较大提高，充分利用烟气的余热，有利于系统性能的提高。

综述可知，尽管增加ORC能有效改善车辆整体能量利用效率，但其也会增加系统的复杂程度和车辆载重；也很少有学者选择将ORC系统和空调(air conditioner, AC)系统耦合来弥补车辆空调冬季闲置，仅在夏季高温时利用的缺陷，导致AC设备利用率不高；同时在季节变化时，车辆的冷/热负荷要求也会变化，对整体性能产生影响；

基于以上情况，考虑到车辆AC与ORC系统除了可以采用相同工质，也有许多部件具有共用作用。因此针对重型货车，我们团队提出通过耦合车辆空调与ORC子系统的方法，简化废热回收系统结构，回收利用柴油机车烟气及冷却废热，提高能量利用率，从而达到节能减排的效果。本项目主要对提出的新型方案，研究了不同季节不同车辆工况条件下的热力及经济性能潜力。

发明内容

本发明主要是提供一种综合热效率高，降低油耗和排放的耦合车辆空调的新型内燃货车能源供应系统及方法。

一种耦合车辆空调的新型内燃货车能源供应系统，其特征在于：由ICE系统、AC子系统、ORC子系统组成；

其中ICE系统包括空气增压其中ICE系统包括空气增压器、间冷器、内燃机、排气涡轮、第二蒸发器、催化净化装置、消音设备、循环水泵、散热器、能量转换装置；其中内燃机具有吸气端、排气端、冷却剂出口和冷却剂进口；上述散热器包括空气进出口、冷却剂第一进口、冷却剂第二进口和冷却剂第一出口、冷却剂第二出口；上述消音设备包括烟气进口、烟气出口、有机工质进口、有机工质出口；上述第二蒸发器包括第一进口、第二进口、第一出口和第二出口；

其中ORC子系统包括低压工质泵、涡轮、高压工质泵、第二阀门、蒸发器。

其中AC子系统包括储液罐、第二阀门、节流阀、第一蒸发器、压缩机、第一蝶阀门、第一阀门、冷凝器；

上述空气增压器进口与大气相连，出口与间冷器进口相连，间冷器出口与内燃机吸气端相连，内燃机吸气端经过内燃机连接内燃机排气端，内燃机排气端与排气涡轮进口相连，排气涡轮与空气增压器同轴相连，排气涡轮出气口与催化净化装置进气口相连，催化净化装置出口与第二蒸发器第一进口相连，第二蒸发器第一出口与消音设备进口相连，消音设备出口与大气相连；

上述散热器冷却剂第一出口与循环水泵进口相连，循环水泵出口与内燃机冷却剂进口相连，内燃机冷却剂出口与散热器冷却剂第一进口相连；