[发明专利]变蒸发器面积的发动机排气余热回收有机朗肯循环系统

说明书

技术领域

本发明属于余热回收技术领域，涉及变蒸发器面积的发动机排气余热回收有机朗肯循环系统。该系统利用采用有机工质的朗肯循环来吸收发动机工作时排气携带的余热，利用控制系统根据发动机工况的不同相应改变蒸发器的换热面积大小和有机朗肯循环回路工质的流量。

背景技术

当前车用发动机的燃料燃烧产生的热能只有一小部份被转换为有用功输出，还有近三分之二的热能被发动机的排气、冷却系统和发动机本体的对流和辐射散热白白消耗掉。如果这部份浪费的能量能得到有效利用，一方面可以提高发动机燃料的总热效率，节省能源消耗量，另一方面，可以降低发动机做功时向环境的散热，改善环境质量，减缓全球变暖的趋势。

目前利用发动机废弃的余热的方法主要有：利用余热取暖，利用废气高温的温差发电，利用余热的吸附式热泵制冷和利用余热的有机朗肯循环发电或输出有用功。利用余热取暖在冬季可以较好的利用发动机的余热，但在其它季节不需要取暖时无法充分利用发动机的余热。利用温差发电技术受到转换效率低的限制，目前还无法实现实用化的应用。利用吸附式热泵制冷装置往往体积太大，效率不高，也不适合车用发动机应用。利用有机朗肯循环的余热回收技术在当前效率是最高的，采用有机朗肯循环系统目前还在研究阶段，当前的型式都很少考虑车用发动机工作工况变化范围广，动态工作过程持续时间长，余热热量不稳定的特点，在某一个工况点能实现发动机余热的最大化利用，但在其它工况点则很难做到。

发明内容

本发明的目的在于提出变蒸发器面积的发动机排气余热回收有机朗肯循环系统。针对车用发动机工作时排气余热能变化大不稳定的特点，利用开关控制阀来调节蒸发器的换热面积，同时利用工质泵调节电机来调节有机工质的流量，保证发动机动态工作过程中因排气余热大范围变化时有机朗肯循环回路中有机工质能充分吸收发动机排气的余热能，尽可能降低发动机排气管出口的尾气温度值，同时使有机朗肯循环能输出最大的有用功。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术解决方案:

利用采用有机工质的朗肯循环来吸收发动机工作时排气携带的余热，利用膨胀机将高焓工质膨胀过程中的焓变转换为有用功输出,带动发电机发电，利用控制系统实现发动机不同工况下排气余热利用的最大化。

本发明的变蒸发器面积的发动机排气余热回收有机朗肯循环系统，包括有机朗肯循环回路和控制通路。上述用于发动机的余热热功转换的有机朗肯循环回路包含的部件有：工质泵、有机朗肯循环回路压力调节阀、有机朗肯循环回路调节电机、蒸发器、开关控制阀、膨胀机、发电机、冷凝器、冷凝器风扇、冷凝器风扇调节电机、排气常开开关阀、排气常闭开关阀以及连接它们的管道。

上述用于控制的控制通路包含的部件有：控制单元、发动机转速传感器、油门位置传感器、大气环境温度传感器、起动开关、排气尾气温度传感器、有机工质过热温度传感器、有机工质冷凝温度传感器、有机朗肯循环回路调节电机、冷凝器风扇调节电机、开关控制阀、排气常开开关阀、排气常闭开关阀以及连接这些部件的线束。

有机朗肯循环回路各部件的连接关系是：有机朗肯循环回路工质泵、蒸发器、膨胀机、冷凝器通过管道相连组成循环回路，有机朗肯循环回路调节电机与有机朗肯循环回路工质泵相连并驱动其运转，通过调节电机转速来控制有机工质的流量，有机朗肯循环回路压力调节阀与有机朗肯循环回路工质泵并联，用以限制最高蒸发压力，开关控制阀串接在蒸发器之间的管路上以及蒸发器与膨胀机之间的管路上，用以调节蒸发器换热面积，膨胀机的输出轴与发电机的输入轴相连，带动发电机发电，冷凝器风扇安装在冷凝器的正前方，由与其同轴的冷凝器风扇调节电机驱动，通过调节电机转速来调节冷凝器风扇转速，从而控制流过冷凝器的冷空气流量，以此来调节有机工质冷凝温度。

三个蒸发器的排气侧通过管路依次相连，来自发动机涡轮的排气口的高温排气依次流过这三个蒸发器，之后变成低温废气排入大气环境中；排气常开开关阀串接在蒸发器和涡轮之间的管道上，在排气常开开关阀的入口前的管道上的旁路排气管上串接排气常闭开关阀。