專利名稱：基于有機(jī)朗肯循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱回收控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于有機(jī)朗肯循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱回收控制系統(tǒng)及方法，主要用于回收發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱，屬于節(jié)能減排領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
相關(guān)研究表明，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行ЧΦ臒岙?dāng)量占燃料燃燒發(fā)熱量的30% 45% (柴油機(jī))或20% 30% (汽油機(jī))。以廢熱形式排出車外的能量占燃燒總能量的55% 70% (柴油機(jī))或70% 80% (汽油機(jī))。汽車燃料燃燒所發(fā)出的能量只有三分之一左右被有效利用，大部分的能量損失則通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水散熱和高溫尾氣排熱。發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用在國(guó)內(nèi)尚處于起步階段。隨著能源供應(yīng)日益緊張，節(jié)能、降耗、提高能源利用率，越來(lái)越引起人們的重視，發(fā)動(dòng)機(jī)余熱的回收是必然趨勢(shì)。目前，國(guó)內(nèi)外利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱發(fā)電技術(shù)主要有半導(dǎo)體溫差發(fā)電、蒸汽動(dòng)力發(fā)電和廢氣渦輪發(fā)電三種，半導(dǎo)體溫差發(fā)電的裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、無(wú)噪聲、安全可靠、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，是一種非常理想的能量轉(zhuǎn)換方式。但由于熱電轉(zhuǎn)換效率低，只能利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱的一小部分，有待于進(jìn)一步提高熱電轉(zhuǎn)換效率和尋找具有更高熱電轉(zhuǎn)換效率的材料。蒸汽動(dòng)力發(fā)電裝置在利用低品位熱能方面有優(yōu)勢(shì)，但此系統(tǒng)的缺陷是較為復(fù)雜笨重且無(wú)工質(zhì)回收裝置。廢氣渦輪發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝，但會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能產(chǎn)生影響，需要進(jìn)一步研究。從上述分析可以看出，應(yīng)采用一種結(jié)構(gòu)合理、操縱簡(jiǎn)單、余熱回收效果明顯并且造價(jià)成本低的系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱進(jìn)行回收，但此方面的研究還處于初步研究階段，當(dāng)前的型式都沒(méi)有考慮如何合理控制一個(gè)完整系統(tǒng)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)、有機(jī)朗肯循環(huán)、冷卻水循環(huán)及潤(rùn)滑油循環(huán)的工作過(guò)程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種基于有機(jī)朗肯循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱回收控制系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)、有機(jī)朗肯循環(huán)、冷卻水循環(huán)和潤(rùn)滑油循環(huán)四種循環(huán)相耦合的方式組成了一個(gè)余熱回收系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)合理的控制系統(tǒng)的四個(gè)循環(huán)，使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)啟動(dòng)方便、運(yùn)行平穩(wěn)、停機(jī)迅速，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，使系統(tǒng)能夠緊急制動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下措施本發(fā)明的基于有機(jī)朗肯循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱回收控制系統(tǒng)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)、 有機(jī)朗肯循環(huán)、冷卻水循環(huán)及潤(rùn)滑油循環(huán)共四個(gè)循環(huán)。上述用于回收發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)包含的部件有由增壓器、發(fā)動(dòng)機(jī)中冷器、發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪器、蒸發(fā)器通過(guò)連接管路組成，發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器和發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)功機(jī)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上。第一排氣溫度傳感器安裝在蒸發(fā)器尾氣側(cè)進(jìn)口，第二排氣溫度傳感器安裝在蒸發(fā)器尾氣側(cè)出口。上述用于回收發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱的有機(jī)朗肯循環(huán)包含的部件有蒸發(fā)器、氣液分離器、單螺桿膨脹機(jī)、潤(rùn)滑油分離器、冷凝器、儲(chǔ)液罐、工質(zhì)過(guò)濾器、工質(zhì)流量計(jì)、工質(zhì)泵通過(guò)連接管路組成閉合回路，單螺桿膨脹機(jī)測(cè)功機(jī)連接在單螺桿膨脹機(jī)上，第一閥門(mén)安裝在氣液分離器和單螺桿膨脹機(jī)之間，第二閥門(mén)安裝在冷凝器工質(zhì)側(cè)的進(jìn)口，真空泵安裝在冷凝器和潤(rùn)滑油分離器之間，第三閥門(mén)安裝在真空泵的進(jìn)口處。第一工質(zhì)溫壓傳感器安裝在蒸發(fā)器工質(zhì)側(cè)的入口，第二工質(zhì)溫壓傳感器安裝在單螺桿膨脹機(jī)的進(jìn)口，第三工質(zhì)溫壓傳感器安裝在冷凝器的入口，第四工質(zhì)溫壓傳感器安裝在冷凝器工質(zhì)側(cè)的出口。上述用于回收發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱的冷卻水循環(huán)包含的部件有單螺桿膨脹機(jī)測(cè)功機(jī)、冷凝器、水泵、冷卻塔通過(guò)連接管路組成，其中冷凝器和單螺桿膨脹機(jī)測(cè)功機(jī)并聯(lián)連接。 第四閥門(mén)安裝在水泵和冷卻塔之間。上述用于回收發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱的潤(rùn)滑油循環(huán)包含的部件有單螺桿膨脹機(jī)、油泵、 儲(chǔ)油槽、潤(rùn)滑油過(guò)濾器、潤(rùn)滑油分離器通過(guò)連接管路組成閉合回路。冷卻風(fēng)扇安裝在儲(chǔ)油槽上，潤(rùn)滑油溫度傳感器安裝在儲(chǔ)油槽的出口。本發(fā)明的基于有機(jī)朗肯循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱回收控制方法，包括系統(tǒng)的啟動(dòng)、 運(yùn)行、停機(jī)過(guò)程，當(dāng)其出現(xiàn)故障時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)緊急制動(dòng)。所述的系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程為，首先啟動(dòng)有機(jī)朗肯循環(huán)，第一閥門(mén)和第二閥門(mén)保持開(kāi)啟，打開(kāi)真空泵對(duì)其進(jìn)行抽真空處理，操作完畢后，關(guān)閉閥門(mén)。然后從儲(chǔ)液罐向此循環(huán)中充氮?dú)?，操作完畢后，從?chǔ)液罐處向有機(jī)朗肯循環(huán)中加注工質(zhì)R245fa。打開(kāi)工質(zhì)泵，工質(zhì)經(jīng)工質(zhì)過(guò)濾器、工質(zhì)流量計(jì)、工質(zhì)泵、蒸發(fā)器工質(zhì)側(cè)、 氣液分離器主口，氣液分離器液態(tài)口，通過(guò)管路回到儲(chǔ)液罐。然后啟動(dòng)冷卻水循環(huán)，打開(kāi)第四閥門(mén)向循環(huán)中進(jìn)行補(bǔ)水，完成后關(guān)閉閥門(mén)。啟動(dòng)水泵，冷卻水經(jīng)冷卻塔和水泵，一部分冷卻水進(jìn)入冷凝器冷卻水側(cè)，另一部分冷卻水進(jìn)入單螺桿膨脹機(jī)測(cè)功機(jī)，最后都回到冷卻塔。 啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)，打開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)，空氣經(jīng)壓氣機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)中冷器、發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪器，最終排到大氣中。啟動(dòng)潤(rùn)滑油循環(huán)，打開(kāi)油泵，潤(rùn)滑油經(jīng)儲(chǔ)油槽、油泵、單螺桿膨脹機(jī)、潤(rùn)滑油分離器、潤(rùn)滑油過(guò)濾器，最后回到儲(chǔ)油槽。啟動(dòng)后系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，工質(zhì)經(jīng)儲(chǔ)液罐、工質(zhì)經(jīng)工質(zhì)過(guò)濾器、工質(zhì)流量計(jì)、工質(zhì)泵、在蒸發(fā)器中和排氣進(jìn)行換熱，然后工質(zhì)從氣液分離器主口進(jìn)入氣液分離器，一部分液態(tài)工質(zhì)經(jīng)氣液分離器液態(tài)口回到儲(chǔ)液罐，另一部分氣態(tài)工質(zhì)經(jīng)氣液分離器氣態(tài)口進(jìn)入單螺桿膨脹機(jī)，在膨脹機(jī)中和潤(rùn)滑油混合，工質(zhì)和潤(rùn)滑油的混合物從單螺桿膨脹機(jī)出來(lái)后，進(jìn)入潤(rùn)滑油分離器，被分離出來(lái)的工質(zhì)進(jìn)入冷凝器工質(zhì)側(cè)，最終回到儲(chǔ)液罐。被潤(rùn)滑油分離器分離出來(lái)的潤(rùn)滑油，經(jīng)潤(rùn)滑油過(guò)濾器，回到儲(chǔ)油槽中，然后通過(guò)工質(zhì)泵再一次被噴到單螺桿膨脹機(jī)中。其中通過(guò)潤(rùn)滑油溫度傳感器監(jiān)測(cè)潤(rùn)滑油溫度，當(dāng)油溫大于或等于這個(gè)溫度時(shí)系統(tǒng)將報(bào)警，這時(shí)將冷卻風(fēng)扇打開(kāi)，冷卻風(fēng)扇將潤(rùn)滑油冷卻至工作溫度，關(guān)閉冷卻風(fēng)扇。冷卻水經(jīng)水泵，一部分冷卻水進(jìn)入冷凝器和工質(zhì)進(jìn)行換熱，另一部分冷卻水進(jìn)入單螺桿膨脹機(jī)測(cè)功機(jī)， 最后都回到冷卻塔。其中水泵為變頻泵，通過(guò)控制水泵調(diào)節(jié)冷卻水的流量，進(jìn)而控制冷凝器的冷卻強(qiáng)度。試驗(yàn)完畢后停機(jī)，首先停止發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)，即停止發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。在停止有機(jī)朗肯循環(huán)，即關(guān)閉工質(zhì)泵。然后停止?jié)櫥脱h(huán)，即關(guān)閉油泵。最后停止冷卻水循環(huán)，即關(guān)閉水泵。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，需進(jìn)行緊急制動(dòng)操作，首先關(guān)閉第一閥門(mén)和第二閥門(mén)，然后進(jìn)行停機(jī)操作。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、綜合考慮了發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)、有機(jī)朗肯循環(huán)、冷卻水循環(huán)及潤(rùn)滑油循環(huán)共四個(gè)循環(huán)的工作順序?qū)φ麄€(gè)余熱回收系統(tǒng)的影響，使其能夠更加合理的工作，且不影響發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能。2、根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)合理的控制，使此系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)啟動(dòng)方便、 運(yùn)行平穩(wěn)、停機(jī)迅速，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)緊急制動(dòng)。減小了系統(tǒng)中各部件出現(xiàn)故障的可能性，進(jìn)一步延長(zhǎng)了主要部件的使用壽命。3、該系統(tǒng)回收了大量排氣余熱，充分減小了排氣余熱的熱污染，提高了城市環(huán)境的舒適性。


圖1為基于有機(jī)朗肯循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱回收控制系統(tǒng)示意中1-增壓器；2-發(fā)動(dòng)機(jī)中冷器；3-發(fā)動(dòng)機(jī)；4-渦輪器；5-發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器；6-發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)功機(jī)；7-蒸發(fā)器；8-氣液分離器；9-單螺桿膨脹機(jī)；10-單螺桿膨脹機(jī)測(cè)功機(jī)；11-真空泵；12-冷凝器；13-儲(chǔ)液罐；14-工質(zhì)過(guò)濾器；15-工質(zhì)質(zhì)量流量計(jì)；16-工質(zhì)泵；17-油泵；18-儲(chǔ)油槽； 19-冷卻風(fēng)扇；20-潤(rùn)滑油過(guò)濾器；21-潤(rùn)滑油分離器；22-水泵；23-冷卻塔；24-第一排氣溫度傳感器；25-第二排氣溫度傳感器；26-第一工質(zhì)溫壓傳感器；27-第二工質(zhì)溫壓傳感器；28-第三工質(zhì)溫壓傳感器；29-第四工質(zhì)溫壓傳感器；30-潤(rùn)滑油溫度傳感器；31-第一閥門(mén)；32-第二閥門(mén)；33-第三閥門(mén)；34-第四閥門(mén)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明基于有機(jī)朗肯循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱回收控制系統(tǒng)，其連接圖如圖1所示，包括發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)、有機(jī)朗肯循環(huán)、冷卻水循環(huán)及潤(rùn)滑油循環(huán)共四個(gè)循環(huán)。并詳述了系統(tǒng)在啟動(dòng)、運(yùn)行、停機(jī)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，使其能夠緊急制動(dòng)的操作過(guò)程。首先啟動(dòng)有機(jī)朗肯循環(huán)，先用真空泵11對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行抽真空處理，以保證工質(zhì)不會(huì)向環(huán)境中泄漏，完成后關(guān)閉第三閥門(mén)33。然后從儲(chǔ)液罐13向系統(tǒng)中充氮?dú)猓环矫媾趴障到y(tǒng)中的空氣，因?yàn)榭諝庵杏兴魵猓?dāng)遇到制冷劑時(shí)，系統(tǒng)管道內(nèi)壁將出現(xiàn)結(jié)霜，從而增加了系統(tǒng)的沿程阻力損失。一方面，當(dāng)系統(tǒng)中充滿氮?dú)夂?，?duì)系統(tǒng)的各部件及管路接口處進(jìn)行檢漏。完成上述操作后，從儲(chǔ)液罐13向有機(jī)朗肯循環(huán)中加注工質(zhì)R245fa，當(dāng)加到設(shè)計(jì)好的工質(zhì)質(zhì)量，則停止加注工質(zhì)。然后打開(kāi)工質(zhì)泵16，工質(zhì)經(jīng)儲(chǔ)液罐13、工質(zhì)過(guò)濾器14、工質(zhì)流量計(jì)15、工質(zhì)泵16、蒸發(fā)器7工質(zhì)側(cè)、氣液分離器8主口，氣液分離器8液態(tài)口，通過(guò)管路回到儲(chǔ)液罐13。此過(guò)程應(yīng)正常工作10分鐘，以保證蒸發(fā)器中工質(zhì)側(cè)充滿工質(zhì)，防止蒸發(fā)器被高溫排氣損壞。然后啟動(dòng)冷卻水循環(huán)，首先啟動(dòng)冷卻塔，從第四閥門(mén)34處對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)水，完成上述操作后關(guān)閉閥門(mén)，打開(kāi)水泵22，一部分冷卻水進(jìn)入冷凝器12冷卻水側(cè)，另一部分進(jìn)入單螺桿膨脹機(jī)測(cè)功機(jī)10，最后都回到冷卻塔23，在進(jìn)行下一次循環(huán)。在冬季進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，由于環(huán)境溫度較低，試驗(yàn)完成后將冷卻水從第四閥門(mén)34處排出，以免凍裂管路。其中水泵22 為變頻泵，通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻水的流量，進(jìn)而控制冷凝器的冷卻強(qiáng)度。使冷卻水循環(huán)也正常工作 10分鐘。
在啟動(dòng)潤(rùn)滑油循環(huán)，首先向儲(chǔ)油槽18中加注潤(rùn)滑油，然后啟動(dòng)油泵17，潤(rùn)滑油經(jīng)油泵17被噴到單螺桿膨脹機(jī)9中，然后工質(zhì)和潤(rùn)滑油的混合物進(jìn)入潤(rùn)滑油分離器21，被分離出來(lái)的潤(rùn)滑油經(jīng)潤(rùn)滑油過(guò)濾器20回到儲(chǔ)油槽18，重新進(jìn)行下一次循環(huán)。把潤(rùn)滑油溫度設(shè)定為某個(gè)目標(biāo)值，當(dāng)油溫大于或等于這個(gè)溫度時(shí)系統(tǒng)將報(bào)警，這時(shí)將冷卻風(fēng)扇19打開(kāi)，冷卻風(fēng)扇將潤(rùn)滑油冷卻至工作溫度，關(guān)閉冷卻風(fēng)扇19。最后啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)，根據(jù)試驗(yàn)需要，首先啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，將其調(diào)節(jié)到設(shè)定的工況點(diǎn)，空氣進(jìn)入增壓器1，增壓后的空氣經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)中冷器2進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)3，燃油與空氣混合后在氣缸中燃燒，排氣經(jīng)排氣管、渦輪機(jī)4，然后進(jìn)入蒸發(fā)器7的尾氣側(cè)和工質(zhì)進(jìn)行換熱，最后排到環(huán)境中。蒸發(fā)器7尾氣側(cè)入口處安裝第一排氣溫度傳感器M的目的在于，時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)此處排氣溫度，使其不超過(guò)工質(zhì)R245fa的分解溫度，當(dāng)超過(guò)此溫度時(shí)工質(zhì)將處在不穩(wěn)定的狀態(tài)，可能會(huì)變性，系統(tǒng)的性能惡化，甚至無(wú)法工作，損壞設(shè)備儀器。蒸發(fā)器7尾氣側(cè)出口處安裝第二排氣溫度傳感器25的目的在于，時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)此處排氣溫度，不能使其降低到酸露點(diǎn)以下，當(dāng)?shù)陀诖藴囟葧r(shí)，排氣就會(huì)產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，出現(xiàn)酸露。這不僅會(huì)使傳熱面出現(xiàn)黏結(jié)積灰現(xiàn)象，增大傳熱熱阻，還將發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，工質(zhì)在蒸發(fā)器7中和排氣進(jìn)行換熱，然后工質(zhì)從氣液分離器8主口進(jìn)入氣液分離器8，一部分液態(tài)工質(zhì)經(jīng)氣液分離器8液態(tài)口回到儲(chǔ)液罐13，另一部分氣態(tài)工質(zhì)經(jīng)氣液分離器8氣態(tài)口進(jìn)入單螺桿膨脹機(jī)9，在膨脹機(jī)中膨脹做功，并由單螺桿膨脹機(jī)測(cè)功機(jī)10測(cè)出其輸出功，工質(zhì)和潤(rùn)滑油的混合物進(jìn)入潤(rùn)滑油過(guò)濾器20，被分離出來(lái)的工質(zhì)進(jìn)入冷凝器12和冷卻水進(jìn)行換熱，把工質(zhì)冷卻成液態(tài)，液態(tài)工質(zhì)最終回到儲(chǔ)液罐13。最后液態(tài)工質(zhì)經(jīng)工質(zhì)過(guò)濾器14重新回到工質(zhì)泵16，進(jìn)行下一次循環(huán)。數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定后，即數(shù)據(jù)的上下浮動(dòng)為5 %，開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)。當(dāng)試驗(yàn)完畢后，進(jìn)行停機(jī)操作，先關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)3，然后依次停止有機(jī)朗肯循環(huán)即關(guān)閉工質(zhì)泵16，潤(rùn)滑油循環(huán)即關(guān)閉潤(rùn)滑油泵17，冷卻水循環(huán)即關(guān)閉水泵22，這樣操作的目的是防止系統(tǒng)中部件的損壞。當(dāng)單螺桿膨脹機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，先關(guān)閉第一閥門(mén)31和第二閥門(mén)32，然后完成停機(jī)操作。
權(quán)利要求
1.基于有機(jī)朗肯循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱回收控制系統(tǒng)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)、有機(jī)朗肯循環(huán)、冷卻水循環(huán)和潤(rùn)滑油循環(huán)共四個(gè)循環(huán)；其特征在于所述的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)，由增壓器(1)、 發(fā)動(dòng)機(jī)中冷器O)、發(fā)動(dòng)機(jī)(3)、渦輪器G)、蒸發(fā)器(7)通過(guò)管路連接組成，發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器 (5)和發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)功機(jī)(6)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上；第一排氣溫度傳感器04)安裝在蒸發(fā)器尾氣側(cè)進(jìn)口，第二排氣溫度傳感器0 安裝在蒸發(fā)器尾氣側(cè)出口 ；所述的有機(jī)朗肯循環(huán)，由蒸發(fā)器(7)、氣液分離器(8)、單螺桿膨脹機(jī)(9)、潤(rùn)滑油分離器(21)、冷凝器(12)、儲(chǔ)液罐(13)、工質(zhì)過(guò)濾器(14)、工質(zhì)流量計(jì)(15)、工質(zhì)泵(16)通過(guò)管路連接組成閉合回路，單螺桿膨脹機(jī)測(cè)功機(jī)(10)連接在單螺桿膨脹機(jī)(9)上，第一閥門(mén) (31)安裝在氣液分離器(8)和單螺桿膨脹機(jī)(9)之間，第二閥門(mén)(32)安裝在冷凝器(12) 工質(zhì)側(cè)的進(jìn)口，真空泵(11)安裝在冷凝器(12)和潤(rùn)滑油分離器之間，第三閥門(mén)(33) 安裝在真空泵(11)的進(jìn)口處；第一工質(zhì)溫壓傳感器06)安裝在蒸發(fā)器(7)工質(zhì)側(cè)的入口， 第二工質(zhì)溫壓傳感器(XT)安裝在單螺桿膨脹機(jī)(9)的進(jìn)口，第三工質(zhì)溫壓傳感器08)安裝在冷凝器(1 工質(zhì)側(cè)的入口，第四工質(zhì)溫壓傳感器09)安裝在冷凝器(1 工質(zhì)側(cè)的出 Π ；所述的冷卻水循環(huán)，由單螺桿膨脹機(jī)測(cè)功機(jī)(10)、冷凝器(1 、水泵0 、冷卻塔03) 通過(guò)管路連接組成閉合回路，其中水泵0 為變頻泵，冷凝器(1 和單螺桿膨脹機(jī)測(cè)功機(jī) (10)并聯(lián)連接，第四閥門(mén)(34)安裝在水泵(22)和冷卻塔(23)之間；所述的潤(rùn)滑油循環(huán)，由單螺桿膨脹機(jī)(9)、油泵(17)、儲(chǔ)油槽(18)、潤(rùn)滑油過(guò)濾器OO)、 潤(rùn)滑油分離器通過(guò)管路連接組成閉合回路；冷卻風(fēng)扇(19)安裝在儲(chǔ)油槽(18)上，潤(rùn)滑油溫度傳感器(30)安裝在儲(chǔ)油槽(18)的出口。
2.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的基于有機(jī)朗肯循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱回收控制系統(tǒng)的方法， 其特征在于包括系統(tǒng)的啟動(dòng)、運(yùn)行、停機(jī)過(guò)程，當(dāng)其出現(xiàn)故障時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)緊急制動(dòng)；所述的系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程為，首先啟動(dòng)有機(jī)朗肯循環(huán)，第一閥門(mén)(31)和第二閥門(mén)(32)保持開(kāi)啟，打開(kāi)真空泵(11)對(duì)其進(jìn)行抽真空處理，操作完畢后，關(guān)閉第三閥門(mén)(33)；然后從儲(chǔ)液罐(13) 向此循環(huán)中充氮?dú)?，操作完畢后，從?chǔ)液罐(1 處向有機(jī)朗肯循環(huán)中加注工質(zhì)R245fa;然后打開(kāi)工質(zhì)泵(16)，工質(zhì)經(jīng)儲(chǔ)液罐(13)、工質(zhì)過(guò)濾器(14)、工質(zhì)流量計(jì)(15)、工質(zhì)泵(16)、 蒸發(fā)器(7)工質(zhì)側(cè)、氣液分離器(8)主口，氣液分離器(8)液態(tài)口，通過(guò)管路回到儲(chǔ)液罐 (13)；然后啟動(dòng)冷卻水循環(huán)，打開(kāi)第四閥門(mén)(34)向循環(huán)中進(jìn)行補(bǔ)水，完成后關(guān)閉第四閥門(mén) (34)；打開(kāi)水泵(22)，冷卻水經(jīng)冷卻塔和水泵(22)，一部分冷卻水進(jìn)入冷凝器(12)冷卻水側(cè)，另一部分冷卻水進(jìn)入單螺桿膨脹機(jī)測(cè)功機(jī)(10)，最后都回到冷卻塔；啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)，打開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)(3)，空氣經(jīng)壓氣機(jī)(1)、發(fā)動(dòng)機(jī)中冷器O)、發(fā)動(dòng)機(jī)(3)、渦輪器(4) 和蒸發(fā)器(7)排氣側(cè)，最終排到大氣中；啟動(dòng)潤(rùn)滑油循環(huán)，打開(kāi)油泵(17)，潤(rùn)滑油經(jīng)儲(chǔ)油槽 (18)、油泵(17)、單螺桿膨脹機(jī)(9)、潤(rùn)滑油分離器、潤(rùn)滑油過(guò)濾器(20)，最后回到儲(chǔ)油槽(18)；啟動(dòng)后系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，工質(zhì)經(jīng)儲(chǔ)液罐(13)、工質(zhì)過(guò)濾器(14)、工質(zhì)流量計(jì)(15)、工質(zhì)泵 (16)、在蒸發(fā)器(7)中和排氣進(jìn)行換熱，然后工質(zhì)從氣液分離器(8)主口進(jìn)入氣液分離器 (8)，一部分液態(tài)工質(zhì)經(jīng)氣液分離器(8)液態(tài)口回到儲(chǔ)液罐(13)，另一部分氣態(tài)工質(zhì)經(jīng)氣液分離器(8)氣態(tài)口進(jìn)入單螺桿膨脹機(jī)(9)推動(dòng)膨脹機(jī)做功，工質(zhì)和潤(rùn)滑油的混合物從單螺桿膨脹機(jī)(9)出來(lái)后，進(jìn)入潤(rùn)滑油分離器(21)，被分離出來(lái)的工質(zhì)進(jìn)入冷凝器(1 工質(zhì)側(cè)，最終回到儲(chǔ)液罐(13)；被潤(rùn)滑油分離器分離出來(lái)的潤(rùn)滑油，經(jīng)潤(rùn)滑油過(guò)濾器OO)回到儲(chǔ)油槽(18)中，然后通過(guò)油泵(17)再一次被噴到單螺桿膨脹機(jī)(9)中；其中通過(guò)潤(rùn)滑油溫度傳感器(30)監(jiān)測(cè)潤(rùn)滑油溫度，當(dāng)油溫大于或等于這個(gè)溫度時(shí)系統(tǒng)將報(bào)警，這時(shí)將冷卻風(fēng)扇(19)打開(kāi)，冷卻風(fēng)扇將潤(rùn)滑油冷卻至工作溫度，關(guān)閉冷卻風(fēng)扇(19)；冷卻水經(jīng)水泵 (22)，一部分冷卻水進(jìn)入冷凝器(1 和工質(zhì)進(jìn)行換熱，另一部分冷卻水進(jìn)入單螺桿膨脹機(jī)測(cè)功機(jī)(10)，最后回到冷卻塔；其中水泵0 為變頻泵，通過(guò)控制水泵0 調(diào)節(jié)冷卻水的流量，進(jìn)而控制冷凝器的冷卻強(qiáng)度；試驗(yàn)完畢后停機(jī)，首先停止發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)，即停止發(fā)動(dòng)機(jī)(3)的運(yùn)轉(zhuǎn)；在停止有機(jī)朗肯循環(huán)，即關(guān)閉工質(zhì)泵(16)；然后停止?jié)櫥脱h(huán)，即關(guān)閉油泵(17)；最后停止冷卻水循環(huán)，即關(guān)閉水泵02)；當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，需進(jìn)行緊急制動(dòng)操作，首先關(guān)閉第一閥門(mén)(31)和第二閥門(mén)(32)， 然后進(jìn)行停機(jī)操作。
全文摘要
基于有機(jī)朗肯循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱回收控制系統(tǒng)及方法屬于節(jié)能減排領(lǐng)域。主要由發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)、有機(jī)朗肯循環(huán)、冷卻水循環(huán)和潤(rùn)滑油循環(huán)四個(gè)循環(huán)相耦合的方式組成了一個(gè)余熱回收系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)合理的控制，使此系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)啟動(dòng)方便、運(yùn)行平穩(wěn)、停機(jī)迅速，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)緊急制動(dòng)。在不影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的情況下，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的性能達(dá)到最優(yōu)，并使發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱的利用率大幅度提高，從而改善了發(fā)動(dòng)機(jī)排氣對(duì)環(huán)境的熱污染。
文檔編號(hào)F01P3/20GK102410054SQ20111031841
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者劉彬, 姚寶峰, 張健, 張紅光, 楊凱, 陳研 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)