[实用新型]超临界蓄热式有机朗肯循环尾气余热综合利用装置

说明书

技术领域

本实用新型属于有机朗肯循环低品质能源利用技术领域，具体涉及开发一种超临界蓄热式有机朗肯循环尾气余热综合利用装置，达到稳定发动机后处理器入口温度和提高能源利用率的有益效果。

背景技术

低温热源是指品位相对较低的热能，一般温度低于200℃。这些能源种类繁多，包括太阳能、各种工业余(废)热、地热、生物质能、海洋温差能等可再生能源。这些资源总量巨大，以工业废热为例，人类所利用的热能中有50％最终以低品位废热的形式直接排放。利用和回收这部分能源，既有助于解决我国能源问题，又能减少能源生产过程中的环境污染。发动机废热中的能量也是主要的废热来源，合理利用这些废热具有将发动机整体热效率提高10％的潜力。

有机朗肯循环能很好的实现这一目标，它可以利用有机工质将低温余热回收后进行发电，该系统还减少了常规能源利用过程中CO₂、NO_x、SO₂的排放，同时提高了能源的总利用率。有机朗肯循环特指使用R113、R245fa、正戊烷等低沸点有机物作为工质的朗肯循环，被广泛运用在工业废热回收、太阳热能发电、生质能燃烧发电上。与水蒸气朗肯循环相比，系统中所采用的有机物工质能够在低温下蒸发并达到较高的压力，利用空气或水将做功后乏汽冷凝至常温，使得系统的高温端和低温端建立较高压差，获得较高的热效率。因此，在低品位热能的回收利用中，有机朗肯循环显示出更高的优越性。

随着排放法规的日趋严格，汽车要满足国Ⅳ以上排放法规，除了采取机内净化措施还需要加装后处理装置实现机外净化。发动机的后处理装置特别是催化型的后处理装置对发动机排温有极为严格的要求，仅在一定的排气温度范围内有较高的净化效率，例如柴油机氧化催化反应器的工作温度范围为200℃～350℃；在其余温度范围后处理器的净化效率大幅降低，而柴油机的排气温度范围为150℃～650℃，变化范围较宽，难以满足后处理器对排温的要求，因此后处理器净化效率大幅下降并且缩短工作寿命。

车用内燃机经常处于瞬态工况，相应的其尾气热状态也处于瞬变状态。车用内燃机尾气热状态的固有的瞬变性带来两个关键问题：1)、由有机朗肯循环余热回收系统与热源的匹配的敏感性引起的余热机械能利用方式低效化和控制的复杂化；2)、由后处理入口温度适宜窗口窄、与实时排温不匹配引起的有害物转化率低及尾气余热利用率低。

发明内容

本实用新型提供一种超临界蓄热式有机朗肯循环尾气余热综合利用装置，该装置以有机朗肯循环为依据，充分利用工质吸收的热量，一方面利用有机朗肯循环中的超临界蓄热器21把后处理器15进口端排气温度稳定在预先设定范围内，使后处理器15始终保持较高的净化效率，从而达到降低污染物排放的有益效果；另一方面利用有机朗肯循环将尾气的热能转化为机械能，而且改进了有机朗肯循环的实施方式，使得工质的汽化潜热得到充分利用，提高了热功转换效率，从而达到低品质能源利用和节约能源的有益效果。本实用新型达到将尾气余热利用方式由单一机械能利用扩展至机械能输出和后处理器入口温度控制热利用这两个方面的有益效果。

本实用新型由温度传感器Ⅰ1、压力传感器Ⅰ2、冷凝器3、工质储存罐4、工质泵5、三通接头Ⅰ6、工质喷射电磁阀Ⅰ7、工质喷嘴Ⅰ8、电磁阀Ⅰ9、工质喷嘴Ⅱ10、膨胀机11、压力传感器Ⅱ12、温度传感器Ⅱ13、预热器14、后处理器15、三通接头Ⅱ16、流量控制阀17、温度传感器Ⅲ18、压力传感器Ⅲ19、温度传感器Ⅳ20、超临界蓄热器21、电磁阀Ⅱ22、排气管23、过热蒸发器24、温度传感器Ⅴ25、发动机26、工质流通管道27、温度传感器Ⅵ28、压力传感器Ⅳ29、电磁阀Ⅲ30、电磁阀Ⅳ31、三通接头Ⅲ32、控制单元33、工质喷射电磁阀Ⅱ34、温度传感器Ⅶ35和压力传感器Ⅴ36组成。