[发明专利]一种工程机械用复叠式跨临界有机朗肯循环余热利用系统

说明书

本发明公开了一种工程机械用复叠式跨临界有机朗肯循环余热利用系统，包括废气余热回收的主回路和次级回路，采用两级膨胀机实现高膨胀比，系统整体热回收效率高。高温废气经过蒸发器与有机朗肯循环中的工质进行热交换，升温后的工质在一级膨胀机中进行热功转换后，在回热器中与来自次级回路的工质进行热交换；次级回路中的工质升温后进入二级膨胀机，在二级膨胀机中进行热功转换，同轴串联的两级膨胀机产生的机械能传递至行星齿轮机构的太阳轮，与来自内燃机的动力进行合成后，传递至工程机械液压系统中的斜盘柱塞泵的传动轴。可对内燃机系统高温排气中的余热进行有效回收利用，降低动力系统的热损失，提升动力性能，改善工程机械的燃油经济性。

技术领域

本发明属于能源与动力领域，具体为一种工程机械用复叠式跨临界有机朗肯循环余热利用系统。

背景技术

内燃机是我国石油消耗的最大主体，其每年消耗的石油量占全国石油消耗总量的60％以上，故内燃机也是当前节能减排的重要主体。从目前内燃机的能量平衡来看，燃油燃烧释放的能量中仅有约40％转化为输出功，剩余能量中的绝大部分以热能形式通过冷却回路和排气耗散至环境中，能量损失相当大。随着能源与环境问题日趋严峻，对内燃机的废气余热进行有效回收利用也更加重要，这是提高内燃机效率、降低油耗并实现节能减排的重要途径。目前各种形式的废烟气余热回收形式已被提出。其中，采用有机朗肯循环回收内燃机废热并进行利用的方式，被证明可显著提升内燃机的整体热效率。

压路机作为一种以内燃机为动力的工程机械设备，其搭载的内燃机在工作时，具有长时间处于高负荷状态、油耗高、排烟温度高等特点。对压路机用内燃机各种形式的废热进行分析后发现：内燃机废烟气的温度一般在550-650℃,余热量占总能量的33％左右，余热的回收利用价值较高。

当前各类内燃机有机朗肯循环余热回收系统，其回收后的能量多以电能的形式输出并利用。对于压路机而言，工作时对电能的需求不大，但其液压系统对动力的需求则相当大，因此考虑将回收能量以机械能方式输出，并合成到压路机的动力系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种回收内燃机废气余热以机械能的形式补充工程机械动力的复叠式跨临界有机朗肯循环余热利用系统，以提升内燃机热效率和动力性能。

本发明提供了一种工程机械用复叠式跨临界有机朗肯循环余热利用系统，包括斜盘式柱塞泵，其特征在于：本系统还包括有机朗肯循环主回路、有机朗肯循环次级回路、及连接于内燃机动力输出轴连接和所述斜盘式柱塞泵之间的动力传输及合成装置；有机朗肯循环主回路包括依次连通的蒸发器、一级膨胀机、回热器、冷凝器、储液罐、过滤器、油分离器、循环泵和主工质阀，主工质阀与蒸发器连通；有机朗肯循环次级回路包括依次连通的回热器、二级膨胀机、冷凝器、储液罐、过滤器、油分离器、循环泵和次级工质阀，次级工质阀与回热器连通；有机朗肯循环主回路和有机朗肯循环次级回路的回热器、冷凝器、储液罐、过滤器、油分离器和循环泵为共用设备，回热器设置有有机工质进、出口和次级有机工质进、出口；动力传输及合成装置包括依次连接的前端联轴器、行星齿轮机构和后端联轴器，前端联轴器与内燃机的动力输出轴连接，后端联轴器与斜盘式柱塞泵的传动轴连接；有机朗肯循环主回路的蒸发器与内燃机的排气口连通，将内燃机排出的高温废气作为热源与主工质阀送入蒸发器的液态有机工质进行热交换；一级膨胀机和二级膨胀机在热功转换过程中产生的机械能传递至行星齿轮机构，与内燃机的输出动力合成后传递至斜盘式柱塞泵。

上述系统的一种实施方式中，所述蒸发器和回热器均采用金属材料制造的列管式换热器。

上述系统的一种实施方式中，所述一级膨胀机和二级膨胀机均采用涡旋式膨胀机，且它们共输出轴布置。

上述系统的一种实施方式中，所述行星齿轮机构包括齿圈、行星轮、行星架和太阳轮，齿圈与所述前端连接轴连接，太阳轮与所述一级膨胀机和二级膨胀机的输出轴连接，行星架与所述后端联轴器连接。

上述系统的一种实施方式中，所述冷凝器采用风冷式散热器。