[發明專利]應用于礦用車尾氣余熱利用的朗肯?斯特林聯合循環系統

在審

• 申請號: 201710607384.7
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107387181A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 李維;李質彬;何丹;肖颯;王孔波
• 申請（專利權）人: 西京學院
• 主分類號: F01K17/06
• 分類號: F01K17/06;F01K11/00;F02G1/043;F01N5/02
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 賀建斌

技術領域

本發明屬于礦用車發動機余熱利用技術領域，具體涉及一種應用于礦用車尾氣余熱利用的朗肯-斯特林聯合循環系統。

背景技術

近年來礦用車輛使用日益頻繁，目前礦用車發動機采用更加緊湊的設計和更大的單位體積功率，強化程度越來越高，發動機產生的熱流量也隨之明顯增大，加上國內日漸嚴格的排放標準，對車用發動機的冷卻系統提出更高的要求，而傳統的從發動機本身提高燃料利用效率已無太大潛力，最有效的辦法是采用廢氣渦輪增壓器回收排氣中的熱量，但廢氣渦輪增壓器的回收率不到廢熱的20％，仍有大量的尾氣余熱有待回收。

常用的汽車尾氣余熱回收系統主要有PN型半導體溫差發電系統、吸收式余熱制冷、朗肯循環余熱發電系統等。PN型半導體溫差發電系統效率極低，回收尾氣余熱效果較差；吸收式余熱制冷空調受設備體積較大、制冷效率低的限制，應用于車輛尾氣余熱利用可行性差；朗肯循環余熱發電系統中，尾氣余熱對有機氣體工質加熱進入膨脹機，有機氣體工質在膨脹機中做功后排出的乏汽絕大部分能量經冷凝器放熱，熱量由冷卻水帶走后散失到空氣中，其中大部分能量未能得到有效利用，系統整體利用效率仍未得到有效改善。且大部分汽車(包括礦用車)的空調制冷核心部件壓縮機動力來源于發動機產生的動力。當空調運行時，會明顯導致車輛動力性下降，對重型礦用車影響更大，嚴重時會導致爬坡時發動機熄火或者開鍋。車輛電控系統的電能由發動機直接帶動電動機所產生，綜合發電效率僅在8％-14％左右，燃料的綜合利用率極低。

綜合研究現有復合循環的思路及創新方法，研究一種基于有機朗肯循環-斯特林發動機聯合循環的礦用車尾氣余熱利用系統，從而在提高中低溫熱能的利用效率，有效解決汽車空調運行給車輛動力性帶來的影響問題以及提高燃料綜合利用率方面具有十分重要的意義，也為車輛尾氣余熱利用的進一步發展提供了一種有效合理的途徑。

發明內容

為了克服上述現有技術中的缺點，本發明的目的在于提供一種應用于礦用車尾氣余熱利用的朗肯-斯特林聯合循環系統，有效提高整個熱力循環系統的熱效率，并解決了空調運行時汽車動力性能降低的問題，改善了燃料綜合利用率。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

應用于礦用車尾氣余熱利用的朗肯-斯特林聯合循環系統，包括斯特林發動機11，斯特林發動機11的斯特林發動機熱端換熱器3、冷卻器4、冷凝器5、工質泵6、蒸發器7、單蝸桿膨脹機1依次連接構成的朗肯循環系統，蒸發器7和發動機9的排氣管8連接，單蝸桿膨脹機1與空調壓縮機2連接，給與空調壓縮機2提供動力；斯特林發動機11的斯特林發動機冷端換熱器12、水泵13、冷卻系統14、冷卻器4依次相連構成冷卻循環系統，斯特林發動機11與發電機10連接，為發電機10提供動力；

所述的冷卻器4冷卻工質為冷卻循環系統中水，冷卻水進入斯特林發動機冷端換熱器12后對斯特林發動機11進行冷卻，同時流出的冷卻水進入冷卻器4，對有機工質進行冷卻。

所述的蒸發器7為多個蒸發器串聯而成。

所述的冷凝器5有多個冷凝器連接而成。

所述的工質泵6為屏蔽泵。

本發明具有以下優點：

1.本發明將現有的有機朗肯循環技術及斯特林發動機技術相結合，充分利用了單蝸桿膨脹機1流出的工質乏汽通過斯特林發動機11進而轉化為高品質電能，發揮出了兩項技術的特有優勢，提高整體系統的熱效率，達到節能降耗的目的；

2.本發明高效的利用了冷卻循環系統，在冷卻循環系統中冷卻水不僅冷卻了斯特林發動機11冷腔內的氣體，又進一步進入冷卻器4，對朗肯循環系統的有機工質進行冷卻，達到二次冷卻的目的，提高了冷卻效率；

3.本發明利用朗肯循環系統單蝸桿膨脹機1做功的機理，為空調壓縮機2提供了動力，有效解決汽車空調運行給車輛動力性帶來的影響問題，從而提高燃料綜合利用率。

附圖說明

圖1是本發明實施例的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作詳細敘述。