[發(fā)明專利]一種三角循環(huán)和朗肯循環(huán)聯(lián)合的余熱回收系統(tǒng)及其方法

有效

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• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN108049924B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發(fā)明（設計）人: 李智;黃瑞;俞小莉;薛松;何曉帆;陳俊玄
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F01K23/10
• 分類號: F01K23/10;F01N5/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發(fā)明公開了一種三角循環(huán)和朗肯循環(huán)聯(lián)合的余熱回收系統(tǒng)及其方法，所述余熱回收系統(tǒng)包括：工質泵、蒸發(fā)器、膨脹機、冷凝器。在三角循環(huán)中，工質進入高溫循環(huán)蒸發(fā)器吸熱并始終保持液態(tài)，然后進入膨脹機做功，做功結束的乏汽在高溫循環(huán)冷凝器中預熱朗肯循環(huán)中的低溫工質。在朗肯循環(huán)中，工質進入高溫循環(huán)冷凝器與三角循環(huán)中的乏汽換熱，后進入低溫循環(huán)蒸發(fā)器，與已在高溫循環(huán)中與高溫工質換熱的低溫尾氣進行逆流換熱，后進入低溫循環(huán)膨脹機內(nèi)做功。本發(fā)明的三角循環(huán)能夠在高溫循環(huán)蒸發(fā)器中避免傳統(tǒng)朗肯循環(huán)中工質等溫吸熱過程，改善了熱源與工質間的溫度匹配問題，進而減小系統(tǒng)火用損失，有利于汽車尾氣余熱的高效回收利用。

技術領域

本發(fā)明涉及汽車發(fā)動機尾氣余熱回收應用領域，尤其涉及一種基于三角循環(huán)和朗肯循環(huán)聯(lián)合的余熱回收系統(tǒng)及其方法。

背景技術

燃油在發(fā)動機燃燒過程中產(chǎn)生的能量并沒有全部轉變成汽車的動能，除去電氣系統(tǒng)的消耗以及機械系統(tǒng)的摩擦外，約有30％-40％的能量以尾氣余熱的形式排放到大氣環(huán)境中。再考慮到燃油內(nèi)燃機汽車保有量巨大，如能將汽車尾氣余熱回收加以利用，將有效提高汽車燃油經(jīng)濟性，并大幅減少溫室氣體的排放。

但是汽車尾氣余熱屬于低品位余熱，而有機朗肯循環(huán)是實現(xiàn)其利用的有效技術。有機朗肯循環(huán)利用沸點相對較低的有機物作為循環(huán)工質，將低品位余熱轉換為高品位的電能，具有結構簡單、工作壓力適宜等特點，是提高能源利用途徑和降低環(huán)境污染的有效途徑。但因其熱源溫度低，導致其能源利用率比較低。只有減少系統(tǒng)內(nèi)部各環(huán)節(jié)不可逆火用損失，把更多的余熱轉化為機械功，才能進一步提高能源利用率。其中，在蒸發(fā)器內(nèi)部的換熱過程中，工質溫度在預熱段近似線性上升，在蒸發(fā)段為等溫吸熱過程，在過熱段又近似線性增長；而熱源在整個放熱過程中溫度曲線均為近似線性下降。由此帶來的熱源和工質間的溫度匹配不佳，產(chǎn)生了大量的傳熱火用損失，是整個循環(huán)系統(tǒng)火用損失的主要部分。

因此，針對熱源與工質間的溫度匹配問題，新型余熱回收系統(tǒng)得到了研究：三角循環(huán)能夠避免工質在蒸發(fā)環(huán)節(jié)的等溫吸熱過程，始終使工質呈液態(tài)狀態(tài)，使其溫度曲線盡量保持線性上升。由此可以很好地解決熱源與工質間的溫度匹配問題，進而減少循環(huán)火用損失，提高能源利用率。

因此，在傳統(tǒng)朗肯循環(huán)余熱回收利用的基礎上，提出一種三角循環(huán)和朗肯循環(huán)聯(lián)合的余熱回收系統(tǒng)對低品位汽車尾氣余熱的高效回收利用是大有裨益的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問題是，針對傳統(tǒng)有機朗肯循環(huán)在實現(xiàn)低品位余熱利用的過程中的能源利用率較低的問題，提出一種三角循環(huán)和朗肯循環(huán)聯(lián)合的余熱回收系統(tǒng)及其方法。該系統(tǒng)結構簡單，利用三角循環(huán)的熱力學特性強化蒸發(fā)器內(nèi)部的傳熱過程，減少徐彤總體不可逆火用損失，提高能源利用率。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種基于三角循環(huán)和朗肯循環(huán)聯(lián)合循環(huán)的余熱回收系統(tǒng)包括高溫循環(huán)工質泵、高溫循環(huán)蒸發(fā)器、高溫循環(huán)膨脹機、高溫循環(huán)冷凝器、低溫循環(huán)工質泵、低溫循環(huán)蒸發(fā)器、低溫循環(huán)膨脹機、低溫循環(huán)冷凝器；

高溫循環(huán)工質泵、高溫循環(huán)蒸發(fā)器、高溫循環(huán)膨脹機、高溫循環(huán)冷凝器順次相連構成三角循環(huán)；低溫循環(huán)工質泵、高溫循環(huán)冷凝器、低溫循環(huán)蒸發(fā)器、低溫循環(huán)膨脹機、低溫循環(huán)冷凝器順次相連構成朗肯循環(huán)；高溫廢氣順次流經(jīng)高溫循環(huán)蒸發(fā)器、低溫循環(huán)蒸發(fā)器；所述的高溫循環(huán)冷凝器作為朗肯循環(huán)中工質進入低溫循環(huán)蒸發(fā)器前的預熱器，所述的高溫循環(huán)膨脹機為勝任兩相流工況的膨脹機。

優(yōu)選的，所述高溫循環(huán)膨脹機為螺桿膨脹機。

本發(fā)明系統(tǒng)的各組成部分的功能和作用如下：

所述的高溫循環(huán)工質泵是三角循環(huán)系統(tǒng)中提升壓力的設備。飽和液態(tài)工質經(jīng)泵機壓縮后壓力升高。