[發(fā)明專利]一種高效的內(nèi)燃機(jī)余熱能回收系統(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110219763.1
• 申請(qǐng)日: 2011-08-03
• 公開（公告）號(hào): CN102305151A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝輝;楊燦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): F02G5/04
• 分類號(hào): F02G5/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李麗萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)余熱能回收利用系統(tǒng)，尤其涉及一種高效的內(nèi)燃機(jī)余熱能回收系統(tǒng)。

背景技術(shù)

根據(jù)熱力學(xué)第一定律，目前，內(nèi)燃機(jī)燃料燃燒所釋放的能量只有三分之一左右被有效利用，其余能量最終均以廢熱的形式耗散到大氣當(dāng)中，因此將內(nèi)燃機(jī)的余熱能進(jìn)行有效回收和利用是進(jìn)一步提高內(nèi)燃機(jī)效率，降低二氧化碳排放，實(shí)現(xiàn)低碳內(nèi)燃機(jī)的一條重要途徑。

基于對(duì)內(nèi)燃機(jī)余熱能回收利用對(duì)減少石油消耗、降低CO₂排放的重要性的認(rèn)識(shí)，國際上工業(yè)發(fā)達(dá)國家紛紛將內(nèi)燃機(jī)余熱能高效回收利用技術(shù)作為提高內(nèi)燃機(jī)效率的未來技術(shù)而列入科技研究計(jì)劃，搶占內(nèi)燃機(jī)節(jié)能減排新技術(shù)挑戰(zhàn)的先機(jī)。

日本文部省在2005年發(fā)布的第八次技術(shù)預(yù)見調(diào)查報(bào)告中，將余熱能利用列為未來30年技術(shù)發(fā)展的100個(gè)重要課題之一。日本豐田、本田等公司將余熱能利用作為汽車內(nèi)燃機(jī)未來技術(shù)而投入重金加以研究。在歐洲，歐盟在第七框架行動(dòng)計(jì)劃中，啟動(dòng)了“HeatReCar”的汽車內(nèi)燃機(jī)余熱能利用研究計(jì)劃，由德國、法國、意大利、瑞典等國家的大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)參加。2010年1月11日，美國能源部長朱棣文宣布啟動(dòng)3.75億美元的提高重型卡車和乘用車效率的研究計(jì)劃，其中內(nèi)燃機(jī)余熱能回收利用是5大關(guān)鍵技術(shù)之一。

內(nèi)燃機(jī)余熱能具有分布式梯級(jí)特性，其可能分布于冷卻液、空氣冷卻、EGR冷卻和排氣等多處。對(duì)于一臺(tái)普通的內(nèi)燃機(jī)，可回收余熱能至少分布于冷卻液和排氣兩處。這種內(nèi)燃機(jī)余熱能的分布式梯級(jí)特性，將導(dǎo)致余熱能回收技術(shù)在系統(tǒng)復(fù)雜性和回收效率兩者之間的矛盾。即是，如果要盡可能地回收分散在各處的能量，必將導(dǎo)致系統(tǒng)尺寸、重量、復(fù)雜度的增大；相反必將導(dǎo)致能量回收效率的降低。

BMW公司在SAE?2009-01-0174一文中在余熱能回收技術(shù)的復(fù)雜度、成本和能量回收潛力等方面，對(duì)目前理論可行的諸多技術(shù)進(jìn)行了較為詳細(xì)地對(duì)比研究，并指出朗肯循環(huán)熱力耦合是一項(xiàng)值得青睞的技術(shù)。BMW公司在SAE?2009-01-0174一文中詳細(xì)對(duì)比研究了兩個(gè)余熱能回收方案，第一種方案是只回收內(nèi)燃機(jī)排氣的能量，第二種方案是使朗肯循環(huán)工質(zhì)依次與冷卻液和發(fā)動(dòng)機(jī)排氣進(jìn)行換熱回收能量，并指出第一種方案和第二種方案分別在高速高負(fù)荷和低速低負(fù)荷區(qū)具有較高的能量回收效率，基于這種性質(zhì)，BMW開發(fā)了“dual-loopsystem”來全面高效回收余熱能，但是具有高低兩套循環(huán)回路的朗肯循環(huán)系統(tǒng)在尺寸、重量和復(fù)雜度方面還需要進(jìn)一步提高。

威斯康辛大學(xué)在SAE2006-01-1605一文中采用理論對(duì)比分析的方法，提出了一種新的余熱能回收方案。重新改造內(nèi)燃機(jī)的冷卻系統(tǒng)，使朗肯循環(huán)工質(zhì)吸收內(nèi)燃機(jī)缸體的散熱完成部分工質(zhì)的蒸發(fā)，然后進(jìn)入到排氣處蒸發(fā)器中進(jìn)行蒸發(fā)和過熱，并指出這個(gè)余熱能回收方案具有理論上較高的能量回收效率。但是系統(tǒng)需要對(duì)內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行重新改造，并且要求冷卻系統(tǒng)承受較高的工作壓力和足夠的膨脹空間，因此系統(tǒng)系統(tǒng)復(fù)雜度較高。

豐田公司在專利JP2009002183A中指出，在內(nèi)燃機(jī)缸體和缸套上設(shè)置多個(gè)蒸發(fā)室，部分蒸發(fā)內(nèi)燃機(jī)冷卻液，然后與內(nèi)燃機(jī)排氣進(jìn)行換熱，將得到過熱蒸汽引入到膨脹機(jī)中做功，并且豐田公司圍繞這一核心技術(shù)申請(qǐng)一系列專利進(jìn)行保護(hù)，但是同樣的，這一技術(shù)需要相適應(yīng)的冷卻系統(tǒng)與之配合，需要對(duì)內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行重新的改造設(shè)計(jì)。

除了上述在系統(tǒng)布局方面的技術(shù)之外，主要技術(shù)集中在通過改進(jìn)泵送效率、加熱器設(shè)置位置、應(yīng)用不同沸點(diǎn)的流體、設(shè)置高溫和低溫朗肯循環(huán)、以及在混合發(fā)動(dòng)機(jī)中應(yīng)用朗肯循環(huán)來提高余熱回收利用率。

但是上述技術(shù)仍未有效解決余熱能回收技術(shù)在系統(tǒng)復(fù)雜性和回收效率兩者之間的矛盾，并且在朗肯循環(huán)系統(tǒng)如何與內(nèi)燃機(jī)面工況相適應(yīng)方面尚無技術(shù)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容