[发明专利]一种用于内燃机余热回收的自调整发电系统及其评价方法

说明书

本发明公开了一种用于内燃机余热回收的自调整发电系统及其适用性评价方法，自调整发电系统工作过程基于闪蒸和有机朗肯循环的联合过程，系统装置包括冷却液余热预热器、排气余热蒸发器、可调式闪蒸器、膨胀机、发电机、节流阀、风冷式冷凝器、储液罐、工质泵、温压传感逻辑模块、电磁节流阀。系统可根据排气余热蒸发器出口工质状态，对余热回收系统进行最优化调整，解决了内燃机排气温度波动导致系统余热回收效率低下和不可靠的问题。该系统在回收内燃机排气余热的同时，利用内燃机冷却液的低品位热量来预热循环工质，提高了内燃机余热的回收率。能够作为快速判断自调整发电系统等余热热功转换系统是否适用于某给定排量汽车的依据。

技术领域

本发明涉及汽车尾气余热发电领域，特别涉及一种用于内燃机余热回收的自调整发电系统及其适用性评价方法。

背景技术

随着经济的发展，交通运输工具所消耗的能源也日益增加。柴油机有30％-45％的总热量转化为动力输出，汽油机只有20％-30％。除了10％左右的能量用于克服摩擦等损失外，其余的能量主要以冷却液和排气中余热的形式排放到环境中，排放的废热中又以排气的200℃-600℃中低品位余热为主。在中低温热源的回收利用中，有机朗肯循环表现出较大优势，并已经在工业余热，地热等多个方面得到了应用。因此，应用有机朗肯循环实现车用内燃机余热利用具有充分的必要性和可行性。

但是，车用内燃机的实际工况通常不是稳定的，波动的工况导致内燃机的排气温度产生较大浮动。阶跃变动的热源温度使得有机朗肯循环自调整发电系统无法在最佳工况下运行，膨胀机中的工质可能处于两相状态，发生液击，从而导致循环效率低下和系统运行不可靠。

同时，汽车内部的空间是有限的，汽车重量的增加也将导致行驶阻力增大，耗油增加，因此，考虑自调整发电系统的重量和体积，至今仍缺乏一种快速简便的自调整发电系统和汽车适用性的判断方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种用于内燃机余热回收的自调整发电系统及其评价方法，通过闪蒸和有机朗肯循环的结合，解决内燃机运行工况变动引起的自调整发电系统效率低下的问题。与此同时，本发明还提出一种汽车与自调整发电系统的适用性评价方法，该方法可做为快速判断适用性的依据。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于内燃机余热回收的自调整发电系统，包括冷却液余热预热器、排气余热蒸发器、可调式闪蒸器、膨胀机、发电机、节流阀、风冷式冷凝器、储液罐、工质泵、温压传感逻辑模块和电磁节流阀。所述冷却液余热预热器与所述排气余热蒸发器连接。冷却液温度区间在80℃-100℃，排气余热温度区间在200℃-600℃；利用冷却液低品位热源预热循环工质，利用排气中温余热加热工质。所述排气余热蒸发器与所述可调式闪蒸器连接，所述可调式闪蒸器出口分两路，一路与所述膨胀机连接，另一路与所述节流阀连接；当内燃机工况变动时，排气温度随之变化，导致所述排气余热蒸发器中工质吸热量改变，所述蒸发器出口可能会出现两相工质，为防止膨胀机中发生液击使系统效率下降，由温压传感逻辑模块检测所述蒸发器工质参数并向可调式闪蒸器的电磁节流阀发出信号，调整闪蒸压力至最佳工况，两相工质经过所述可调式闪蒸器闪蒸后汽液分离，饱和蒸汽工质进入所述膨胀机做功，饱和液体工质经过所述节流阀降压，巧妙解决内燃机工况波动带来的余热回收效率低下的问题。所述膨胀机与所述风冷式冷凝器连接，所述电磁节流阀与所述风冷式冷凝器连接；所述节流阀出口的工质压力与所述膨胀机出口压力相等。所述风冷式冷凝器与所述储液罐连接；工质在所述风冷式冷凝器中凝结后进入所述储液罐。所述储液罐与所述工质泵连接，低压工质从所述储液罐中出来经过所述工质泵加压后进入所述冷却液余热预热器，完成一个热力循环。

进一步讲，本发明中闪蒸过程起到了稳定所述膨胀机入口工质状态的作用，两相工质在可调式闪蒸器中闪蒸后汽液分离，分离后的饱和蒸汽进入膨胀机做功，使膨胀机工作在可靠的工况。