[发明专利]梯级回收车辆发动机废热的动力、冷/热供能系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种梯级回收车辆发动机冷却废热和烟气废热的动力、冷/热供能系统和工作方法，属于能源与动力领域。

背景技术

当前运输车辆能耗在我国能源消费总量中占有重要比例，车辆尾气排放已成为城市空气污染的重要来源。随着节能减排要求日趋严格，通过废热回收技术提高车辆供能系统能量转化效率，并降低其单位产能污染排放的研究已经成为了当前的研究热点。实际车辆供能系统受到季节负荷变化的影响主要可分为制冷季、供暖季和非制冷供暖季三类负荷特点：制冷季主要负荷需求为机械动力和冷量；供暖季主要负荷需求为机械动力和热量；非制冷供暖季主要负荷需求为机械动力。

目前研究者已经提出大量车辆废热回收方案，主要通过回收车辆发动机废烟气、滑油和冷却剂的废热，并将其转化为机械动力或者制冷，用于改善车辆供能系统的总能转化效率。提出或者构建的回收车辆废热制冷方案，也仅适用具有冷需求的条件。而对于考虑间接回收冷却废热的有机朗肯循环系统方案，由于现有车辆供能系统需要采用部分冷却废热在供暖季供暖，因此，这类方案的冷却废热仅能在非供暖季全部回收。由此可见，已有提出的废热回收供能系统方案较多关注各类废热的回收潜力，但较少从能量供需平衡角度，考虑废热回收方案与车辆季节负荷需求的适应性。

由此可见，考虑现有车辆供能系统结构并体现季节负荷需求特点，构建总体能效较高的车辆废热回收方案具有重要应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提出一种考虑车辆季节负荷需求以及废热特点，既能对各类废热梯级回收，又能满足车辆各个季节动力、冷/热需求的供能系统和工作方法。

一种梯级回收车辆发动机废热的动力、冷/热供能系统，其特征在于：

该系统包括发动机、缸套、第1换热器、第1循环泵、第2换热器、第2循环泵、第1回热器、第2回热器、冷却器、气液分离器、透平、分配器、吸收冷凝器、节流阀、蒸发器和压缩机；

发动机包括燃料入口、空气入口和烟气出口，缸套布置在发动机外围；

第1换热器包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；第2换热器包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；第1回热器包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；第2回热器包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；冷却器（14）包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；吸收冷凝器包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；蒸发器包括热侧入口、热侧出口、冷侧入口和冷侧出口；

燃料物流与发动机燃料入口相连，环境空气物流与发动机空气入口相连，发动机烟气出口与第1换热器热侧入口相连，第1换热器热侧出口与大气环境相连；

缸套出口与第2换热器热侧入口相连，第2换热器热侧出口与通过第1循环泵与缸套入口相连；

第2循环泵出口与第1回热器冷侧入口相连，第1回热器冷侧出口与第2回热器冷侧入口相连，第2回热器冷侧出口与第2换热器冷侧入口相连，第2换热器冷侧出口与气液分离器入口相连，气液分离器还包括气相出口和液相出口：

气液分离器气相出口与第1换热器冷侧入口相连，第1换热器冷侧出口通过透平与第1回热器热侧入口相连，第1回热器热侧出口与吸收冷凝器热侧入口相连，吸收冷凝器热侧出口与第2循环泵入口相连；

气液分离器液相出口与第2回热器热侧入口相连；第2回热器热侧出口与冷却器热侧入口相连，环境空气与冷却器冷侧入口相连，冷却器冷侧出口与车厢供暖风口相连，冷却器热侧出口与分配器相连；

分配器出口分为两路：一路与吸收冷凝器热侧入口相连；另一路通过节流阀与蒸发器冷侧入口相连，蒸发器冷侧出口通过压缩机与吸收冷凝器热侧入口相连；环境空气与蒸发器热侧入口相连，蒸发器热侧出口的冷空气与冷风口相连；环境空气与吸收冷凝器冷侧入口相连，吸收冷凝器冷侧出口与大气环境相连。

上述系统通过非共沸工质热力循环对常规车辆发动机的冷却废热和烟气废热进行了梯级回收。与现有常规采用发动机提供主动力，散热器的冷却系统来供暖，以及蒸气压缩制冷循环消耗部分发动机动力来制冷的独立供能系统相比，该系统能够根据车辆各季节负荷需求为其提供不同品位的动力、冷/热。

本发明提出的梯级回收车辆发动机废热的动力、冷/热供能系统，根据季节负荷需求不同可以采用如下的运行过程：