[发明专利]以柴油机排气余热为热源的液氮发动机驱动制冷循环系统

说明书

技术领域

本发明属于工程热力学技术领域，涉及一种以柴油机排气余热为热源的液氮发动机驱动制冷循环系统。

背景技术

在柴油机燃油燃烧产生的总发热量中，作为动力的能量约为30～40％，而柴油发动机排气总管排入大气的热量与作为动力的能量大致相当。

节能环保是当今社会发展的主题，科技工作者针对柴油机余热利用进行了深入的研究。船用柴油机功率相对较大，并且船舶空间布置相对汽车而言相对容易，并且船舶空调制冷和渔船制冰都消耗了较大能量。因此船用柴油机的余热利用尤其是利用其排温的余热驱动制冷机和制冰机的研究成为主流。

现在研究的较多的船机余热制冷系统分为两种吸收式和吸附式，不论吸收式还是吸附式制冷，其应用于船舶制冷都有不足。吸收式制冷系统的发生器和吸收器等设备需要自由水平面，甚至会应用庞大分馏设备；吸附式制冷系统的非连续制冷特性也使得其应用受到限制。不仅如此，由于其系统应用于柴油机余热利用领域的效率始终处于低水平，导致系统庞大。这是由于船用柴油机排温都在350度以上，但是不论是吸附式还是吸收式制冷系统为了提高系统的能量与热量之间的转换比率(COP)，并且由于工质对匹配和制冷剂物化性质的限制，其系统的冷凝温度一般都在30-40度左右，最高也没有超过70度。根据热力学第二定律，当柴油机400度的排气作为高温热源直接驱动上述两种制冷系统，其实是将高温热源的可用能大部分都浪费掉了，而只利用了大致75度左右的品质热量。这导致了内燃机排气余热利用效率始终很低。

发明内容

本发明的目的是提供一种以柴油机排气余热为热源的液氮发动机驱动制冷循环复合系统，该系统一方面应用柴油机排温能量驱动液氮发动机为制冷循环中的压缩机提供动力，另一方面应用液氮发动机工作过程中的冷量降低制冷循环膨胀阀前制冷剂的过冷温度，从而优化了原有的制冷循环。

本发明采用的技术方案如下：

本发明包括两大部分：制冷系统和液氮发动机系统，液氮发动机系统为制冷系统提供动力。

所述的液氮发动机系统包括液氮发动机、气化换热器、柴油机、液氮储罐、废气涡轮机和低温泵。柴油机的排气管分别与液氮发动机气缸壁、废气涡轮机和气化换热器连接，高温的柴油机排气经气化换热器内的管路后排入外界大气，液氮储罐的出口与低温泵的入口连接，液氮通过低温泵后输入至气化换热器，在气化换热器中与柴油机的排气进行热量交换，经热交换后的液氮转换为氮气驱动液氮发动机；废气涡轮机为低温泵提供动力。

所述的制冷系统包括冷凝器、膨胀阀、过冷器、蒸发器、压缩机；液氮发动机系统中的液氮发动机驱动压缩机，压缩机的出口连接至冷凝器的入口，冷凝器的出口与过冷器的入口连接，过冷器的出口与膨胀阀的入口连接，膨胀阀的出口与蒸发器的入口连接，蒸发器的出口连接至压缩机入口；压缩机、冷凝器、过冷器、膨胀阀和蒸发器构成制冷循环。

本发明具有的有益效果是：

1.在制冷系统中增加过冷器。应用液氮发动机工作过程中的冷量降低制冷循环膨胀阀前制冷剂的过冷温度，从而优化了原有的制冷循环，使得制冷系统的COP大大提高。

2.应用柴油机排温能量驱动液氮发动机为制冷循环中的压缩机提供动力，从而提高了内燃机排气能量的利用率。

3.应用柴油机排温能量驱动液氮发动机系统的低温泵，从而提高了柴油机机排气能量的利用率。

附图说明

图1为本发明的原理图。

图中：1.柴油机，2.气化换热器，3.低温泵，4.液氮储罐，5.废气涡轮机，6.液氮发动机，7.压缩机，8.冷凝器，9.过冷器，10.膨胀阀，11.蒸发器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明

如图1所示，以柴油机排气余热为热源的液氮发动机驱动制冷循环系统包括制冷系统和液氮发动机系统，液氮发动机系统为制冷系统提供动力。

液氮发动机系统包括液氮发动机6、气化换热器2、柴油机1、液氮储罐4、废气涡轮机5和低温泵3。柴油机1的排气管分别与液氮发动机6气缸壁、废气涡轮机5和气化换热器2连接，高温的柴油机1排气经气化换热器2内的管路后排入外界大气，液氮储罐4的出口与低温泵3的入口连接，液氮通过低温泵3后输入至气化换热器2，在气化换热器2中与柴油机1的排气进行热量交换，经热交换后的液氮转换为氮气驱动液氮发动机1；废气涡轮机5为低温泵3提供动力。