[發明專利]基于有機朗肯循環的發動機排氣余熱回收控制系統及方法

無效

• 申請號: 201110318411.1
• 申請日: 2011-10-19
• 公開（公告）號: CN102410054A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 張紅光;劉彬;陳研;楊凱;姚寶峰;張健
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: F01K23/10
• 分類號: F01K23/10;F01K25/10;F01M1/02;F01M5/00;F01M1/18;F01P3/20
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

1.基于有機朗肯循環的發動機排氣余熱回收控制系統，包括發動機循環、有機朗肯循環、冷卻水循環和潤滑油循環共四個循環；其特征在于：所述的發動機循環，由增壓器(1)、發動機中冷器(2)、發動機(3)、渦輪器(4)、蒸發器(7)通過管路連接組成，發動機散熱器(5)和發動機測功機(6)安裝在發動機上；第一排氣溫度傳感器(24)安裝在蒸發器尾氣側進口，第二排氣溫度傳感器(25)安裝在蒸發器尾氣側出口；

所述的有機朗肯循環，由蒸發器(7)、氣液分離器(8)、單螺桿膨脹機(9)、潤滑油分離器(21)、冷凝器(12)、儲液罐(13)、工質過濾器(14)、工質流量計(15)、工質泵(16)通過管路連接組成閉合回路，單螺桿膨脹機測功機(10)連接在單螺桿膨脹機(9)上，第一閥門(31)安裝在氣液分離器(8)和單螺桿膨脹機(9)之間，第二閥門(32)安裝在冷凝器(12)工質側的進口，真空泵(11)安裝在冷凝器(12)和潤滑油分離器(21)之間，第三閥門(33)安裝在真空泵(11)的進口處；第一工質溫壓傳感器(26)安裝在蒸發器(7)工質側的入口，第二工質溫壓傳感器(27)安裝在單螺桿膨脹機(9)的進口，第三工質溫壓傳感器(28)安裝在冷凝器(12)工質側的入口，第四工質溫壓傳感器(29)安裝在冷凝器(12)工質側的出口；

所述的冷卻水循環，由單螺桿膨脹機測功機(10)、冷凝器(12)、水泵(22)、冷卻塔(23)通過管路連接組成閉合回路，其中水泵(22)為變頻泵，冷凝器(12)和單螺桿膨脹機測功機(10)并聯連接，第四閥門(34)安裝在水泵(22)和冷卻塔(23)之間；

所述的潤滑油循環，由單螺桿膨脹機(9)、油泵(17)、儲油槽(18)、潤滑油過濾器(20)、潤滑油分離器(21)通過管路連接組成閉合回路；冷卻風扇(19)安裝在儲油槽(18)上，潤滑油溫度傳感器(30)安裝在儲油槽(18)的出口。

2.應用權利要求1所述的基于有機朗肯循環的發動機排氣余熱回收控制系統的方法，其特征在于包括：系統的啟動、運行、停機過程，當其出現故障時，能夠實現緊急制動；所述的系統啟動過程為，首先啟動有機朗肯循環，第一閥門(31)和第二閥門(32)保持開啟，打開真空泵(11)對其進行抽真空處理，操作完畢后，關閉第三閥門(33)；然后從儲液罐(13)向此循環中充氮氣，操作完畢后，從儲液罐(13)處向有機朗肯循環中加注工質R245fa；然后打開工質泵(16)，工質經儲液罐(13)、工質過濾器(14)、工質流量計(15)、工質泵(16)、蒸發器(7)工質側、氣液分離器(8)主口，氣液分離器(8)液態口，通過管路回到儲液罐(13)；然后啟動冷卻水循環，打開第四閥門(34)向循環中進行補水，完成后關閉第四閥門(34)；打開水泵(22)，冷卻水經冷卻塔(23)和水泵(22)，一部分冷卻水進入冷凝器(12)冷卻水側，另一部分冷卻水進入單螺桿膨脹機測功機(10)，最后都回到冷卻塔(23)；啟動發動機循環，打開發動機(3)，空氣經壓氣機(1)、發動機中冷器(2)、發動機(3)、渦輪器(4)和蒸發器(7)排氣側，最終排到大氣中；啟動潤滑油循環，打開油泵(17)，潤滑油經儲油槽(18)、油泵(17)、單螺桿膨脹機(9)、潤滑油分離器(21)、潤滑油過濾器(20)，最后回到儲油槽(18)；

啟動后系統開始運行，工質經儲液罐(13)、工質過濾器(14)、工質流量計(15)、工質泵(16)、在蒸發器(7)中和排氣進行換熱，然后工質從氣液分離器(8)主口進入氣液分離器(8)，一部分液態工質經氣液分離器(8)液態口回到儲液罐(13)，另一部分氣態工質經氣液分離器(8)氣態口進入單螺桿膨脹機(9)推動膨脹機做功，工質和潤滑油的混合物從單螺桿膨脹機(9)出來后，進入潤滑油分離器(21)，被分離出來的工質進入冷凝器(12)工質側，最終回到儲液罐(13)；被潤滑油分離器(21)分離出來的潤滑油，經潤滑油過濾器(20)回到儲油槽(18)中，然后通過油泵(17)再一次被噴到單螺桿膨脹機(9)中；其中通過潤滑油溫度傳感器(30)監測潤滑油溫度，當油溫大于或等于這個溫度時系統將報警，這時將冷卻風扇(19)打開，冷卻風扇將潤滑油冷卻至工作溫度，關閉冷卻風扇(19)；冷卻水經水泵(22)，一部分冷卻水進入冷凝器(12)和工質進行換熱，另一部分冷卻水進入單螺桿膨脹機測功機(10)，最后回到冷卻塔(23)；其中水泵(22)為變頻泵，通過控制水泵(22)調節冷卻水的流量，進而控制冷凝器的冷卻強度；

試驗完畢后停機，首先停止發動機循環，即停止發動機(3)的運轉；在停止有機朗肯循環，即關閉工質泵(16)；然后停止潤滑油循環，即關閉油泵(17)；最后停止冷卻水循環，即關閉水泵(22)；

當系統出現故障時，需進行緊急制動操作，首先關閉第一閥門(31)和第二閥門(32)，然后進行停機操作。