[发明专利]一种基于热泵-热机双向循环的发动机余热余能综合利用系统及其方法

权利要求书

1.一种基于热泵-热机双向循环的发动机余热余能综合利用系统，其特征在于，包括热力循环系统（S1）和发动机及其子系统（S2）；

所述发动机及其子系统（S2）的发动机尾气路径（R1）经过热力循环系统（S1）的显热-潜热复合储热换热器（4），使尾气与显热-潜热复合储热换热器（4）里的储热介质进行热交换；热力循环系统（S1）的容积式膨胀-压缩机（3）机械轴与发动机及其子系统（S2）的发动机曲轴（1）通过离合器（2）连接；

所述热力循环系统（S1）包括容积式膨胀-压缩机（3）、显热-潜热复合储热换热器（4）、三通阀A（5）、膨胀阀（6）、工质泵（7）、三通阀B（8）和环境换热器（9）；热力循环工质在热力循环系统（S1）的工质循环路径（R2）中进行正向热机循环或逆向热泵循环；所述容积式膨胀-压缩机（3）的机械轴与所述发动机及其子系统（S2）的离合器（2）连接，容积式膨胀-压缩机（3）的工质出/入口两端分别连接环境换热器（9）一侧的工质口和显热-潜热复合储热换热器（4）；所述显热-潜热复合储热换热器（4）内部设有循环工质流道和发动机尾气流道，所述发动机尾气流道的入口与发动机及其子系统（S2）的排气管出口连通，发动机尾气流道的出口与大气连通，以此构成所述发动机尾气路径（S2）；所述循环工质流道的出/入口分别连接容积式膨胀-压缩机（3）和三通阀A（5）的第一流道口，三通阀A（5）的第三流道口通过膨胀阀（6）与三通阀B（8）的第三流道口连接，三通阀A（5）的第二流道通过工质泵（7）与三通阀B（8）的第二流道口连接，三通阀B（8）的第一流道口连接环境换热器（9）另一侧的工质口；所述环境换热器（9）为工质与环境换热场所。

2.如权利要求1所述的一种基于热泵-热机双向循环的发动机余热余能综合利用系统，其特征在于，所述显热-潜热复合储热换热器（4）内部的储热介质为显热储热材料和潜热储热材料的复合材料。

3.一种权利要求1所述系统的基于热泵-热机双向循环的发动机余热余能综合利用方法，其特征在于：

当发动机进行制动时，系统进入发动机制动模式，此时所述热力循环系统（S1）的容积式膨胀-压缩机（3）工作在压缩机模式，热力循环工质在热力循环系统（S1）的工质循环路径（R2）中进行逆向热泵循环；所述发动机及其子系统（S2）的发动机曲轴（1）通过离合器（2）与容积式膨胀-压缩机（3）连接，倒拖其工作，热力循环工质在容积式膨胀-压缩机（3）中被加压至高温高压状态；此后工质进入所述热力循环系统（S1）的显热-潜热复合储热换热器（4）中，将热量传递给储热介质，自身被冷却至低温高压状态；此模式下，三通阀A（5）的第一流道口和第三流道口接通，三通阀B（8）的第三流道口和第二流道口接通，使工质流经所述热力循环系统（S1）的膨胀阀（6），工质经过膨胀，温度压力均下降，其中温度降低至低于环境温度；最后工质流入所述热力循环系统（S1）的环境换热器（9）升温至初始状态，然后进入容积式膨胀-压缩机（3）进入下一循环；以此热力循环实现将发动机制动时的动能转换为储热介质的热能储存下来，实现发动机制动余能的回收；

当发动机正常工作时，系统进入发动机正常工作模式，此时所述热力循环系统（S1）的容积式膨胀-压缩机（3）工作在膨胀机模式，热力循环工质在热力循环系统（S1）的工质循环路径（R2）中进行正向热机循环；此模式下，三通阀A（5）的第一流道口和第二流道口接通，三通阀B（8）的第一流道口和第二流道口接通，使工质流经所述热力循环系统（S1）的工质泵（7），工质经过工质泵（7）升压；此后工质进入所述热力循环系统（S1）的显热-潜热复合储热换热器（4）中，吸收储热介质热量，进入高温高压状态；然后工质进入容积式膨胀-压缩机（3）膨胀做功，容积式膨胀-压缩机（3）输出的机械功通过离合器（2）传递至所述发动机及其子系统（S2）的发动机曲轴（1），经过膨胀的工质压力温度均下降；最后工质流入所述热力循环系统（S1）的环境换热器（9）进一步被冷却至环境温度，后进入工质泵（7）进入下一循环；以此热力循环实现将储热介质储存下来的热能转换为发动机曲轴（1）动能，以补充发动机正常工作时的动力，实现发动机工作在较佳工况；此外，此模式下，发动机尾气流经所述热力循环系统（S1）的显热-潜热复合储热换热器（4），将尾气中的废热传递给储热介质，实现发动机尾气余热的回收。