[发明专利]复合式柴油机余热能回收系统

说明书

技术领域

本发明属于内燃机节能减排技术，具体涉及一种对柴油机多项余热进行回收热利用的系统。

背景技术

随着能源日益短缺和环境污染问题的突出，内燃机的节能减排受到世人关注。目前柴油机燃料燃烧所释放的能量大约只有30-45％用于动力输出，其它的能量大多以废热的形式排到外界环境中，既造成了能量的浪费又增大了柴油机中冷却系统的负担。对这部分能量的回收，可有效提高系统的热效率，减少热排放而减少污染。但是发动机产生的余热呈多样性，品位高低各有不同，例如冷却水一般为70～90℃，而再循环废气可达500～600℃。

对发动机的余热回收技术，目前主要有以下三种：温差发电、涡轮直接发电和有机朗肯循环，它们各有其优缺点。温差发电不需运动部件，安全可靠，布置灵活，对环境友好。但其转化效率低，难以满足要求。涡轮直接发电技术主要包括两种形式：一种是在排气管路后直接添加动力涡轮，与原涡轮增压器串联工作；另一种是在原废气涡轮增压器中间加入电机，当排气能量超过增压所需能量时利用电机回收能量。这两种形式利用的都是排气余压能，而对排气中的热能未加以利用。有机朗肯循环对于低品位热源具有热效率高较高的特点，但单级朗肯循环对于发动机冷却水、再循环废气以及排气余热的利用并不充分。而且有机工质在较高温度下容易分解(一般不能高于350℃)，这也限制了其应用范围。所以，采用单一的技术手段难以有效充分利用柴油机不同品位的余热，本发明的提出可以弥补上述之缺陷，使发动机的节能减排的效果更为理想。

发明内容

本发明的目的是，充分利用柴油机冷却水、增压空气、废气再循环(EGR)以及排气余热，而提出的一种复合式柴油机余热能回收系统。

为实现此目的而采取的技术方案是：由高温级工质泵、温差发电器的冷端、高温级EGR换热器的工质侧、高温级排气换热器的工质侧、高温级汽轮机以及高温级冷凝器的高温工质侧依次串接组成高温级朗肯循环系统；由低温级工质泵、缸体冷却换热器的工质侧、高温级冷凝器的低温工质侧、增压空气换热器的工质侧、低温级EGR换热器的工质侧、低温级排气换热器的工质侧、低温级汽轮机以及低温级冷凝器的工质侧依次串接组成低温级朗肯循环系统。在涡轮机与增压器的中间设有中置电机。柴油机的排气分为二路：一路作为再循环废气依次通过温差发电器热端以及高温级和低温级2个EGR换热器的气侧后与增压空气一起流入气缸中；另一路依次串接于涡轮、以及高温级和低温级2个排气换热器的气侧后排出大气。柴油机的进气经增压器、增压空气换热器的气侧进入柴油机的进气口。

该发明系统的原理为：高低温两级热力循环均为有机朗肯循环，高温级采用EGR传入温差发电器的热量以及柴油机高温排气为热源，采用适合中高温余热回收的硅氧烷、苯类有机工质。低温级采用品位相对较低的发动机冷却水、增压空气以及流经高温级后的EGR和发动机排气余热为热源。低温级热源已低于300℃，采用诸如R123、R245fa等工质。通过添加中置电机，增加排气的膨胀比，充分利用排气的余压能。以EGR排气为温差发电器热端，将温差发电器置于大温差的条件下工作，克服其因自身材料制约输出功较小的缺陷，同时排入温差发电器冷端的热量也能用于预热高温级循环工质。

本发明的特点及有益效果是，柴油机中产生余热的温度由低到高依次为：冷却水、增压空气、排气和EGR废气，根据热源温度高低，依次与工质进行换热，进一步降低系统不可逆损失，充分利用各部分余热。本发明根据柴油机产生余热的不同温度品位以及不同形式充分回收这些能量。对排气中的余压能，采用中置电机通过涡轮直接发电。废气再循环(EGR)排出的余热先用于温差发电，恰好弥补温差发电器因半导体材料的制约而输出功较小的缺陷。由于EGR废气流量远小于排气流量，因此将其通过温差发电器热端后温度下降较快，此处将EGR换热器置于排气换热器之前，使柴油机多品位的余热得到充分有效利用，从而达到节能减排的最终目标。

附图说明

所示附图是为发明的原理与系统组成结构图。

具体实施方式

以下结合附图并通过实施例对本发明的系统结构做进一步的阐述说明，需要强调的是本实施例是叙述性的，而非是限定性的，不以此限定本发明的保护范围。