[發明專利]內燃機余熱雙回路梯級利用系統

有效

• 申請號: 201310749527.X
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103711555A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 舒歌群;李曉寧;衛海橋;梁興雨;田華
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F01N5/02
• 分類號: F01N5/02
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 董一寧

技術領域

本發明屬于內燃機余熱利用技術，具體涉及一種將發動機余熱作為熱源的雙回路梯級利用系統。

技術背景

隨著當代能源的日益短缺和人們環保意識的加強，節能減排技術或者措施已經成為世人矚目的熱點，其中發動機的節能減排技術研究已被業內外專家及學者高度重視。在低品位能源利用方面，有機朗肯熱力循環（ORC）技術以其結構簡單、熱效率和安全性較高的特點，目前已成為余熱利用的研究熱點。

朗肯循環余熱回收技術大多應用于單級循環。單級循環的特點是，多以發動機尾氣余熱作為主要熱源，將發動機冷卻液的熱量作為工質的預熱熱源。冷卻液的溫度相對發動機排氣溫度而言較低，但它所含的能量卻不容忽視。而且ORC的應用條件是工質溫度一般不要高于350℃，而發動機排氣溫度一般高達500～600℃。目前針對該問題所采用的兩級循環技術方案是，一個循環以尾氣熱量為熱源，另一個循環以發動機冷卻液為熱源。但是這種方案存在的主要技術缺陷是對各部分熱量的利用有限，尚有部分空間沒有得到充分利用，而本發明的提出可以使發動機余熱的回收率得到較大的提高。

發明內容

本發明的目的是，提出一種采用有機朗肯循環（ORC）、廢氣再循環（EGR）與渦輪增壓技術相結合的余熱雙回路梯級利用系統，使內燃機排氣余熱和冷卻液的余熱得到充分利用。

以下對本發明的技術原理與系統組成進行說明。內燃機余熱雙回路梯級利用系統包括：發動機、高溫換熱器、低溫換熱器、高溫EGR、低溫EGR、第一第二膨脹機、空冷器、第一第二循環泵、中冷器、第一第二分配器、渦輪增壓器以及發電機等。其系統組成為：由發動機內的冷卻工質側、高溫換熱器液側、高溫EGR液側、第一膨脹機、空冷器液側、第一循環泵通過管路依次連接組成第一循環回路。由中冷器液側、低溫換熱器液側、低溫EGR液側、第二膨脹機、空冷器液側、第二循環泵通過管路依次連接組成第二循環回路。發動機高溫排氣接于第一分配器，第一分配器分為兩路輸出：一路經渦輪增壓器、高溫換熱器及低溫換熱器的氣側排出；另一路經高溫EGR及低溫EGR氣側、并通過第二分配器的一路返回發動機進氣?？諝膺M氣經渦輪增壓器、中冷器接至第二分配器的另一路。渦輪增壓器輸出高溫排氣和預熱排氣。第一、第二膨脹機以及發電機的軸直接相連，膨脹機驅動發電機發電。

本發明的工作原理為：用來冷卻發動機的循環工質熱量、發動機排氣經渦輪增壓器后的熱量、以及（吸收發動機排氣）高溫EGR排出熱量，三者之和作為第一循環回路的熱源。該循環回路的工質流體通過第一循環回路的熱源加熱后，成為高溫蒸汽驅動第一膨脹機做功，做功后的乏汽進入空冷器中冷凝，然后經過第一循環泵加壓回到發動機的缸套中完成循環?？諝膺M氣經渦輪增壓器增壓加熱后的熱量（進入中冷器）、從高溫換熱器氣側排出的能量、以及低溫EGR（也稱為第二級EGR）排出的能量，三者之和作為第二循環回路的熱源。有機工質流體通過該循環回路的熱源加熱量后，成為高溫蒸汽驅動第二膨脹機做功，做功后的乏汽亦進入空冷器中冷凝，然后經過第二循環泵加壓進入中冷器完成第二回路的循環。兩個循環回路通過空冷器實現系統連接，即兩個回路的循環工質均通過該空氣冷卻器（簡稱空冷器）冷凝。

本發明的特點及產生的有益效果是，充分利用渦輪增壓的排氣和冷卻缸套循環工質二部分的能量，對發動機的余熱進行回收，比單一利用EGR系統回收效率高出許多。對兩個回路系統的能量進行階梯利用，高溫排氣再次用來加熱發動機的冷卻液，使發動機高溫排氣的余熱和冷卻缸套那部分流體的余熱得到充分利用。第一循環直接用發動機的冷卻液作為循環工質，可以減少一次換熱的過程，降低設備的復雜程度，并且可以減少換熱過程中的能量損失。

附圖說明

所示附圖為本發明系統部件連接結構原理圖。圖中的黑實線表示第一回路循環工質的路徑；黑短虛線表示第二回路循環工質的路徑；長虛線表示發動機高溫排氣的路徑；短虛線表示空氣進氣經渦流增壓加熱后的循環路徑。

具體實施方式

以下結合附圖并通過實例對本發明的原理與系統做進一步的說明。需要說明的是本實施例是敘述性的，而非是限定性的，不以此限定本發明的保護范圍。