[發明專利]內燃機二級膨脹噴射式余熱回收系統

有效

• 申請號: 201310749529.9
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN103670626A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 李曉寧;舒歌群;趙明如;于國鵬;李團兵
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F01N5/02
• 分類號: F01N5/02;F01K27/02;F02G5/00;F04F5/16
• 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回收利用技術，具體涉及一種用于內燃機二級膨脹噴射式余熱回收系統。

背景技術

隨著能源日益短缺和環境污染問題的日益嚴峻，內燃機的節能減排技術越來越受到世人關注。發動機燃料燃燒放出的熱量，有相當一部分以廢熱形式排出車外，除造成能源浪費以外，對大氣環境也造成嚴重的污染。將這部分能量回收起來可以明顯降低燃油的消耗，所以利用有機朗肯循環（ORC）技術回收內燃機余熱成為目前研究的熱點。ORC系統回收內燃機排氣余熱的熱效率和安全性較高，結構簡單，但存在的普遍問題是，如何更有效地提高其余熱的回收利用率。單級ORC循環對廢熱的利用并不充分，膨脹做功后的工質仍具有較高的溫度和能量，這就造成了ORC系統效率的降低。如果打算提升二級膨脹做功的參數，則存在許多問題。所以本發明提出利用高溫排氣余熱，缸套冷卻水余熱和增壓空氣余熱，進行二級膨脹噴射式的有機朗肯循環系統。

發明內容

本發明的目的是，提出一種用于內燃機二級膨脹噴射式余熱回收系統，將內燃機排氣、缸套冷卻水以及增壓空氣等余熱回收進行有效利用的有機朗肯循環系統。

為實現本發明目的所采取的技術方案為：由冷凝器、低壓工質泵、高壓工質泵、高溫預熱器和高溫中冷器以及高溫煙氣換熱器工質側、第一膨脹機、噴管以及第二膨脹機依次串接構成ORC主循環系統。在高、低壓工質泵與噴管之間，依次接有低溫中冷器和低溫蒸發器、低溫煙氣換熱器，將ORC主循環系統分為高、低溫級兩個支路，低溫工質泵輸出的工質分別進入兩個支路。內燃機缸套冷卻水接于高溫預熱器、低溫蒸發器的水側返回缸套，構成冷卻水余熱利用循環系統。內燃機進氣依次通過渦輪增壓器中的壓氣機、高溫中冷器、低溫中冷器的空氣側進入內燃機，構成增壓空氣余熱利用回路。內燃機排氣接于渦輪增壓器中的渦輪機、高溫煙氣換熱器以及再熱器依次連接構成排氣余熱利用系統。

熱力循環系統有高低溫兩個回路，低壓工質泵將工質分別送入兩個回路。低溫回路：工質依次進入低溫中冷器、低溫預熱器和低溫煙氣換熱器，分別與來自冷卻水熱利用系統、增壓空氣熱利用系統和內燃機排氣熱利用系統的熱源進行換熱，此時工質流經噴管時會對該噴管的引射口造成負壓（利用噴管作為引射器代替膨脹機）。根據流體力學原理，利用噴管作為引射器代替膨脹機（引射器結構如圖2所示），其作用結果是提高了第一與第二膨脹機的做功能力。

本發明的特點及有益效果是，按照余熱的品質充分利用內燃機各個部分的余熱，采用噴射器降低第一膨脹機的出口背壓，增加其輸出功率。同時又為下一級膨脹機提供了較高的動能，由此提高了內燃機余熱回收的效率。

附圖說明

附圖1為本發明系統原理和部件連接結構圖。圖中實線表示ORC主循環系統；長虛線表示空氣增壓余熱回路；短虛線表示缸套冷卻水循環；虛線表示內燃機高溫排氣余熱利用系統。

附圖2為噴管引射器結構圖。

具體實施方式

以下結合附圖并通過實施例對本發明的原理與設置方案做進一步的說明。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。

內燃機二級膨脹噴射式余熱回收系統包括：高低溫兩級的預熱器、中冷器、煙氣換熱器、膨脹機、循環泵，以及噴射器、冷凝器等。其系統組成及部件連接的技術方案為：由冷凝器1、低壓工質泵2、高壓工質泵6、高溫預熱器7和高溫中冷器8以及高溫煙氣換熱器9工質側、第一膨脹機10、噴管11以及第二膨脹機13依次串接構成ORC主循環系統。在高、低壓工質泵與噴管之間，依次接有低溫中冷器3和低溫蒸發器4、低溫煙氣換熱器5，將ORC主循環系統分為高、低溫級兩個支路（圖中實線），低溫工質泵輸出的工質分別進入兩個支路。內燃機缸套冷卻水接于高溫預熱器、低溫蒸發器的水側返回缸套，構成冷卻水熱利用循環系統（圖中短虛線）。內燃機進氣依次通過渦輪增壓器12中的壓氣機、高溫中冷器8、低溫中冷器的空氣側進入內燃機，構成空氣增壓余熱利用回路（圖中長虛線）。內燃機排氣接于渦輪增壓器中的渦輪機、高溫煙氣換熱器以及再熱器依次連接構成排氣余熱利用系統（圖中虛線）。采用噴管降低第一膨脹機出口的背壓，高低溫級兩個支路的工質通過噴管引射混合后進入第二膨脹機膨脹做功。高、低溫級兩個熱力循環支路所采用的工質為(CH₃)₃SiOSi(CH₃)₃（六甲基二硅氧烷）。