[实用新型]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

本实用新型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。 

实用新型内容

本实用新型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，本实用新型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。 

变蒸发器面积的发动机排气余热回收有机朗肯循环系统，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； 

所述的有机朗肯循环，工质泵12的出口与蒸发器4的入口通过管道相连，蒸发器4的出口同时与开关控制阀28和开关控制阀29的入口相连，开关控制阀28的出口与蒸发器5的入口相连，蒸发器5的出口同时与开关控制阀26和开关控制阀27的入口相连，开关控制阀26的出口与蒸发器6的入口相连，蒸发器6的出口与开关控制阀25的入口相连，开关控制阀25、开关控制阀27、开关控制阀29的出口同时与膨胀机7的入口相连，膨胀机7的出口与冷凝器9的入口相连，冷凝器9的出口与工质泵12的入口相连；调节电机13与工质泵12相连并驱动其运转，压力调节阀14与工质泵12并联，用于限制有机朗肯循环回路的最高蒸发压力，膨胀机7与发电机8相连，带动其发电，冷凝器风扇10安装在冷凝器9的正前方，由与其同轴的冷凝器风扇调节电机11驱动； 

所述的蒸发器为管翅式热交换器，蒸发器6、蒸发器5和蒸发器4的管侧流体为有机工质，壳侧流体为来自发动机的高温排气，蒸发器6的壳侧入口通过管道与发动机涡轮3的排气口相连，蒸发器5的壳侧入口与蒸发器6的壳侧出口通过管道相连，蒸发器4的壳侧入口与蒸发器5的壳侧出口通过管道相连，蒸发器4的壳侧出口通过管道与大气环境相通，在蒸发器6的排气入口前的管道上串接排气常开开关阀23，在排气常开开关阀23的入口前的管道上的旁路排气管上串接排气常闭开关阀24。

本实用新型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。