[發明專利]一種發動機低品質余熱回收裝置

有效

• 申請號: 201510744648.4
• 申請日: 2015-11-05
• 公開（公告）號: CN105201683B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 姬芬竹;龐知非
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F02G5/04
• 分類號: F02G5/04;F03B13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種發動機低品質余熱回收裝置，具體涉及一種無葉渦輪回收發動機余熱的裝置，屬于發動機余熱回收技術領域。

背景技術

發動機的燃油燃燒熱量約有30％以尾氣形式排放到大氣中，30％以摩擦和冷卻散熱等方式損失，僅有40％左右以有效功輸出。可見，發動機的能量利用率不高。因此，如何最大限度地提高發動機能量利用效率是動力機械及相關學科所重點關注的問題。近年來，發動機余熱回收已成為提高能量利用效率的研究熱點，且內容廣泛。在廢氣余熱回收利用方面，主要有溫差發電、取暖、制冷、利用廢氣余熱作功以及混合渦輪增壓(又稱電輔助渦輪增壓)等；冷卻液余熱回收主要是取暖和制冷。其中，利用廢氣余熱作功的研究主要是基于朗肯循環的熱力學裝置，包括有機朗肯循環(OrganicRankCycle，ORC)、水蒸汽擴容循環以及Kalina循環等；混合渦輪增壓是在廢氣渦輪增壓器主軸上集成一個既能電動又能發電的高速電機，當廢氣驅動渦輪的能量大于壓氣機消耗能量時，多余的渦輪能量帶動發電機發電并儲存到蓄能單元，當渦輪能量不足時，蓄能單元給電機供電，電機驅動增壓器轉子高速旋轉以滿足增壓需要。可見，渦輪是廢氣余熱回收裝置的關鍵部件。

在冷卻液余熱回收利用方面，目前主要是駕駛室取暖或加熱，還沒有看到回收冷卻液余熱進行作功的報道。一般地，發動機冷卻液溫度為80℃～95℃，長時間大負荷運行時可升至110℃～120℃左右。通常，這部分能量冬季用以取暖，夏季則直接經冷凝器損失了，同時還要消耗其它額外能量使冷凝器工作。

經查閱相關文獻資料發現，幾乎所有發動機余熱回收裝置的膨脹機都選用具有復雜葉片形狀的有葉渦輪(簡稱渦輪)，其優點是技術成熟、性能穩定，缺點是對渦輪進口的氣體狀態要求苛刻，且渦輪效率受膨脹比限制難以提高。當工質在渦輪中膨脹作功出現氣液兩相區域時，渦輪效率大幅降低，同時還可能損壞渦輪葉片甚至造成嚴重事故。

經查閱相關文獻資料發現，現有的發動機余熱回收裝置有廢氣余熱回收、冷卻液余熱回收等，基本上都是對單一余熱進行回收，很少看到對廢氣余熱和冷卻液余熱進行聯合回收的報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是對發動機廢氣余熱和冷卻液余熱進行聯合回收，即提供一種發動機低品質余熱回收裝置，它不僅能夠實現發動機冷卻液余熱和廢氣余熱的聯合回收和利用，同時還可以解決現有余熱回收裝置中渦輪膨脹比小而使廢氣無法充分膨脹，能量回收率較低的問題。

本發明所涉及的技術方案是一種發動機低品質余熱回收裝置。它包括發動機、廢氣渦輪增壓器、冷卻水套、冷卻液、換熱器、無葉渦輪、發電機、冷凝器、水泵、流量調節閥、發動機進氣管、發動機排氣管、冷卻液循環管路、控制器、可控風扇等。其特征在于：所述發動機為汽車的動力裝置；所述廢氣渦輪增壓器與發動起進、排氣管相連，由壓氣機、廢氣渦輪等組成，為現有技術的發動機廢氣渦輪增壓器；所述冷卻水套設置在發動機內部，冷卻水套內充滿冷卻液；所述冷卻液用于冷卻發動機的高溫零件并吸收熱量，為現有技術條件下的發動機冷卻液；所述換熱器為板式或管片式換熱器，廢氣和冷卻液在換熱器內部進行熱交換；所述無葉渦輪為能量轉換裝置，由冷卻液帶動渦輪盤、渦輪軸高速旋轉而作功，置于換熱器之后；所述發電機由無葉渦輪的渦輪軸驅動，是本發明裝置中的能量轉換部件，也包括液壓泵、水泵等能量轉換部件；所述冷凝器置于無葉渦輪之后，為現有技術條件下的冷凝器；所述水泵把冷卻液加壓后泵入發動機冷卻水套，為現有發動機所使用的水泵，包括機械水泵和電子水泵；所述流量調節閥置于冷卻液循環管路中，實現對冷卻液流量的調節；所述發動機的進氣管和排氣管分別與廢氣渦輪增壓器的進口和出口相連；所述冷卻液循環管路為余熱回收裝置中各部件的連接管路，為現有技術中的連接管路；所述控制器是余熱回收裝置的控制單元，對流量調節閥和可控風扇進行控制；所述可控風扇為電子風扇，由控制器依據發動機工況對其進行控制。