[發明專利]以柴油機排氣余熱為熱源的液氮發動機驅動制冷循環系統

無效

• 申請號: 201010588270.0
• 申請日: 2010-12-07
• 公開（公告）號: CN102072585A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 元廣杰;陳國金;苗曉南;俞小莉
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: F25B27/02
• 分類號: F25B27/02;F02G5/02;F02B43/12;F02B37/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于工程熱力學技術領域，涉及一種以柴油機排氣余熱為熱源的液氮發動機驅動制冷循環系統。

背景技術

在柴油機燃油燃燒產生的總發熱量中，作為動力的能量約為30～40％，而柴油發動機排氣總管排入大氣的熱量與作為動力的能量大致相當。

節能環保是當今社會發展的主題，科技工作者針對柴油機余熱利用進行了深入的研究。船用柴油機功率相對較大，并且船舶空間布置相對汽車而言相對容易，并且船舶空調制冷和漁船制冰都消耗了較大能量。因此船用柴油機的余熱利用尤其是利用其排溫的余熱驅動制冷機和制冰機的研究成為主流。

現在研究的較多的船機余熱制冷系統分為兩種吸收式和吸附式，不論吸收式還是吸附式制冷，其應用于船舶制冷都有不足。吸收式制冷系統的發生器和吸收器等設備需要自由水平面，甚至會應用龐大分餾設備；吸附式制冷系統的非連續制冷特性也使得其應用受到限制。不僅如此，由于其系統應用于柴油機余熱利用領域的效率始終處于低水平，導致系統龐大。這是由于船用柴油機排溫都在350度以上，但是不論是吸附式還是吸收式制冷系統為了提高系統的能量與熱量之間的轉換比率(COP)，并且由于工質對匹配和制冷劑物化性質的限制，其系統的冷凝溫度一般都在30-40度左右，最高也沒有超過70度。根據熱力學第二定律，當柴油機400度的排氣作為高溫熱源直接驅動上述兩種制冷系統，其實是將高溫熱源的可用能大部分都浪費掉了，而只利用了大致75度左右的品質熱量。這導致了內燃機排氣余熱利用效率始終很低。

發明內容

本發明的目的是提供一種以柴油機排氣余熱為熱源的液氮發動機驅動制冷循環復合系統，該系統一方面應用柴油機排溫能量驅動液氮發動機為制冷循環中的壓縮機提供動力，另一方面應用液氮發動機工作過程中的冷量降低制冷循環膨脹閥前制冷劑的過冷溫度，從而優化了原有的制冷循環。

本發明采用的技術方案如下：

本發明包括兩大部分：制冷系統和液氮發動機系統，液氮發動機系統為制冷系統提供動力。

所述的液氮發動機系統包括液氮發動機、氣化換熱器、柴油機、液氮儲罐、廢氣渦輪機和低溫泵。柴油機的排氣管分別與液氮發動機氣缸壁、廢氣渦輪機和氣化換熱器連接，高溫的柴油機排氣經氣化換熱器內的管路后排入外界大氣，液氮儲罐的出口與低溫泵的入口連接，液氮通過低溫泵后輸入至氣化換熱器，在氣化換熱器中與柴油機的排氣進行熱量交換，經熱交換后的液氮轉換為氮氣驅動液氮發動機；廢氣渦輪機為低溫泵提供動力。

所述的制冷系統包括冷凝器、膨脹閥、過冷器、蒸發器、壓縮機；液氮發動機系統中的液氮發動機驅動壓縮機，壓縮機的出口連接至冷凝器的入口，冷凝器的出口與過冷器的入口連接，過冷器的出口與膨脹閥的入口連接，膨脹閥的出口與蒸發器的入口連接，蒸發器的出口連接至壓縮機入口；壓縮機、冷凝器、過冷器、膨脹閥和蒸發器構成制冷循環。

本發明具有的有益效果是：

1.在制冷系統中增加過冷器。應用液氮發動機工作過程中的冷量降低制冷循環膨脹閥前制冷劑的過冷溫度，從而優化了原有的制冷循環，使得制冷系統的COP大大提高。

2.應用柴油機排溫能量驅動液氮發動機為制冷循環中的壓縮機提供動力，從而提高了內燃機排氣能量的利用率。

3.應用柴油機排溫能量驅動液氮發動機系統的低溫泵，從而提高了柴油機機排氣能量的利用率。

附圖說明

圖1為本發明的原理圖。

圖中：1.柴油機，2.氣化換熱器，3.低溫泵，4.液氮儲罐，5.廢氣渦輪機，6.液氮發動機，7.壓縮機，8.冷凝器，9.過冷器，10.膨脹閥，11.蒸發器。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明作進一步說明

如圖1所示，以柴油機排氣余熱為熱源的液氮發動機驅動制冷循環系統包括制冷系統和液氮發動機系統，液氮發動機系統為制冷系統提供動力。

液氮發動機系統包括液氮發動機6、氣化換熱器2、柴油機1、液氮儲罐4、廢氣渦輪機5和低溫泵3。柴油機1的排氣管分別與液氮發動機6氣缸壁、廢氣渦輪機5和氣化換熱器2連接，高溫的柴油機1排氣經氣化換熱器2內的管路后排入外界大氣，液氮儲罐4的出口與低溫泵3的入口連接，液氮通過低溫泵3后輸入至氣化換熱器2，在氣化換熱器2中與柴油機1的排氣進行熱量交換，經熱交換后的液氮轉換為氮氣驅動液氮發動機1；廢氣渦輪機5為低溫泵3提供動力。