專利名稱：發(fā)動機余熱分類回收系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于余熱回收技術(shù)，具體涉及一種對發(fā)動機余熱進行分類回收的朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)裝置。
背景技術(shù)：
目前，發(fā)動機燃料轉(zhuǎn)化為機械能的熱量僅有1/3被利用，其余的熱量絕大部分被排氣和冷卻水帶走。如果能將這部分熱能通過朗肯循環(huán)回收利用則是非常有意義的。既可以提高發(fā)動機的效率及功率，提高經(jīng)濟性達到節(jié)能的目的，又可有效的減少有害排放物達到減排的目的。一般熱回收利用，均是在排氣管后加裝熱回收裝置，但這種方式存在著一些缺陷， 最大的問題是，在排氣管后添加換熱器，會增加排氣背壓。如果發(fā)動機排氣溫度較高，這時可回收利用的能量較高，這種影響相對并不十分嚴重，但是當(dāng)發(fā)動機排氣溫度較低時，這種影響就會顯得相對嚴重，甚至?xí)貌粌斒АＦ浯?，?dāng)發(fā)動機的排氣溫度和流量變化時，熱回收系統(tǒng)的工作參數(shù)(如工質(zhì)的溫度和壓力)也會發(fā)生相應(yīng)變化，不能保證該循環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。因此，需要根據(jù)能量大小的不同，對發(fā)動機余熱進行分類回收。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提出一種針對發(fā)動機余熱變化而進行分類熱回收的裝置。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)發(fā)動機余熱分類回收系統(tǒng)包括膨脹機、冷凝器、發(fā)電機、冷卻水換熱器、循環(huán)泵等，其系統(tǒng)連接為發(fā)動機排氣總管分為兩根歧管，兩根歧管分別串接第一節(jié)氣門和第二節(jié)氣門。發(fā)動機排氣歧管作為高溫換熱器與低溫換熱器的氣側(cè)通道，高溫換熱器與低溫換熱器氣側(cè)的進口與出口并聯(lián)在一起。高溫換熱器工質(zhì)側(cè)依次串接高溫側(cè)膨脹機、高溫側(cè)冷凝器以及高溫側(cè)循環(huán)泵構(gòu)成高溫側(cè)工質(zhì)循環(huán)回路，高溫側(cè)膨脹機與高溫側(cè)發(fā)電機軸連接。低溫換熱器工質(zhì)側(cè)依次串接電加熱器、低溫側(cè)膨脹機、低溫側(cè)冷凝器、低溫側(cè)循環(huán)泵以及冷卻水換熱器構(gòu)成低溫側(cè)工質(zhì)循環(huán)回路，低溫側(cè)膨脹機與低溫側(cè)發(fā)電機軸連接。高、低溫側(cè)發(fā)電機的信號線均接至第一電控單元，蓄電池的電力輸出接于電加熱器，蓄電池以及發(fā)動機中電動機的電力輸入由第一電控單元供給與調(diào)控。為了實現(xiàn)對兩并聯(lián)換熱器氣側(cè)的進口流量分配進行調(diào)節(jié)，第一、第二節(jié)氣門內(nèi)各裝有一片扇葉，兩個節(jié)氣門的葉片用連桿連接，以便實現(xiàn)聯(lián)動，兩個葉片互成90°角，扇葉角度位置由第二電控單元同步控制。為了減小流動阻力，節(jié)氣門兩個葉片的直徑與發(fā)動機排氣歧管直徑相同。在發(fā)動機排氣總管上裝有溫度傳感器和流量傳感器，分別對排氣溫度和流量進行采集，溫度傳感器和流量傳感器的輸出信號均接至第二電控單元，由該單元進行轉(zhuǎn)換處理。本發(fā)明的特點以及產(chǎn)生的有益效果是(1)當(dāng)排氣溫度或流量過高時，利用高溫換熱器一側(cè)回收高溫排氣余熱，并通過分流排氣來穩(wěn)定高溫側(cè)系統(tǒng)循環(huán)，減小對排氣背壓的影響。當(dāng)排氣溫度或流量過低時，利用低溫換熱器一側(cè)回收低溫排氣余熱，并通過自供電的電加熱器為低溫循環(huán)提供主要熱源。( 通過高低溫兩個換熱器分類回收發(fā)動機排氣和冷卻水余熱，可使發(fā)動機的余熱得到充分而有效地回收利用，既可以提高發(fā)動機的效率及功率，又可有效的減少有害排放，由此提高系統(tǒng)熱效率和輸出功率。


所示附圖為發(fā)明系統(tǒng)循環(huán)以及結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖并通過實施例對本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及工作過程做進一步的說明。需要說明的是，本實施例是敘述性的，而不是限定性的，不以此限定本發(fā)明的保護范圍。發(fā)動機余熱分類回收系統(tǒng)，其系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)為發(fā)動機排氣總管1分為兩根歧管， 兩根歧管分別串接第一節(jié)氣門2-1和第二節(jié)氣門2-2，發(fā)動機排氣歧管作為高溫換熱器3與低溫換熱器4的氣側(cè)通道。高溫換熱器3與低溫換熱器4氣側(cè)的進口與出口并聯(lián)，高溫換熱器3工質(zhì)側(cè)依次串接高溫側(cè)膨脹機5、高溫側(cè)冷凝器6以及高溫側(cè)循環(huán)泵7構(gòu)成高溫側(cè)工質(zhì)循環(huán)回路，高溫側(cè)膨脹機與高溫側(cè)發(fā)電機8軸連接。低溫換熱器4工質(zhì)側(cè)依次串接電加熱器9、低溫側(cè)膨脹機10、低溫側(cè)冷凝器11、低溫側(cè)循環(huán)泵12以及冷卻水換熱器13構(gòu)成低溫側(cè)工質(zhì)循環(huán)回路，低溫側(cè)膨脹機10與低溫側(cè)發(fā)電機14軸連接。高溫側(cè)發(fā)電機和低溫側(cè)發(fā)電機的信號線均接至第一電控單元15，蓄電池16的電力輸出接于電加熱器9，蓄電池以及發(fā)動機中電動機的電力輸入由第一電控單元15供給與調(diào)控。發(fā)動機排氣總管上裝有溫度傳感器18和流量傳感器19 ；溫度傳感器和流量傳感器的輸出信號均接至第二電控單元17。第一、第二節(jié)氣門內(nèi)各裝有一片扇葉，兩個節(jié)氣門的葉片用連桿連接，兩個葉片互成90°角，扇葉角度位置由第二電控單元19同步控制；節(jié)氣門兩個葉片的直徑與發(fā)動機排氣管路直徑相同。高溫換熱器為螺旋管換熱器，殼側(cè)與發(fā)動機排氣歧管連接，管側(cè)內(nèi)走循環(huán)工質(zhì)水， 可以提高換熱效率，同時使換熱器尺寸更加緊湊，有利于系統(tǒng)的小型強化，從而更適合應(yīng)用于汽車發(fā)動機。低溫換熱器的殼側(cè)走循環(huán)工質(zhì)，管側(cè)與發(fā)動機排氣歧管連接，管側(cè)管徑與發(fā)動機排氣歧管直徑相等，從而避免換熱器對發(fā)動機排氣背壓的影響。作為實施例，在排氣溫度或流量較低時，通過調(diào)節(jié)節(jié)氣門的開度，使發(fā)動機排氣只流經(jīng)低溫換熱器。低溫側(cè)循環(huán)工質(zhì)R245fa利用冷卻水換熱器和低溫換熱器為預(yù)熱熱源，電加熱器作為主要熱源，使有機工質(zhì)蒸發(fā)至飽和蒸汽狀態(tài)，再通過膨脹機做功發(fā)電，為發(fā)動機提供輔助動力。電加熱器所需電力由第一控制單元分配，通過蓄電池供應(yīng)，從而實現(xiàn)系統(tǒng)對低溫側(cè)工質(zhì)循環(huán)回路主要熱源的自供電。當(dāng)排氣溫度過高且不穩(wěn)定時，可通過控制節(jié)氣門進入高溫換熱器的流量，使進入高溫換熱器溫度以及流量控制在設(shè)計參數(shù)范圍內(nèi)。此時低溫換熱器回收能量是經(jīng)由第一節(jié)氣門分流而來的部分高溫排氣。高低溫側(cè)兩發(fā)電機發(fā)出的電能經(jīng)第一控制單元調(diào)控分配至發(fā)動機中的電動機以及蓄電池。兩個傳感器的輸出信號經(jīng)過第二控制單元轉(zhuǎn)換處理，用來調(diào)節(jié)兩個節(jié)氣門的開度。 實施例循環(huán)過程發(fā)動機排氣經(jīng)過排氣總管時，第二控制單元根據(jù)溫度傳感器(T 信號)和流量傳感器(m信號)，由公式Q = cmT (c為排氣的定壓比熱容，可根據(jù)排溫計算獲得)通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換，從而控制調(diào)節(jié)節(jié)氣門的開度。當(dāng)排氣焓值Q低于設(shè)定值QOmin時，通往高溫側(cè)氣流的第一節(jié)氣門關(guān)閉，通往低溫側(cè)氣流的第二節(jié)氣門全開，使發(fā)動機排氣流經(jīng)低溫換熱器和冷卻水換熱器，一起作為低溫側(cè)循環(huán)工質(zhì)R245fa的預(yù)熱熱源，即低溫側(cè)系統(tǒng)進行，高溫側(cè)系統(tǒng)則不再進行。當(dāng)排氣焓值Q過高大于設(shè)定值QOmax時，第一節(jié)氣門部分打開， 第二節(jié)氣門也部分打開，使通過高溫換熱器的排氣焓值為QOmax，剩余的焓值為(Q-QOmax) 的排氣通過低溫換熱器，兩側(cè)系統(tǒng)同時進行循環(huán)。當(dāng)排氣焓值Q在預(yù)設(shè)范圍QOmax至QOmin 內(nèi)時，第一節(jié)氣門全開，高溫側(cè)系統(tǒng)運行；低溫側(cè)系統(tǒng)中只有冷卻水換熱器提供預(yù)熱熱源。 低溫側(cè)系統(tǒng)循環(huán)進行時，電加熱器所需電力由第一控制單元分配，通過蓄電池供應(yīng)。
權(quán)利要求
1.發(fā)動機余熱分類回收系統(tǒng)，具有膨脹機、冷凝器、發(fā)電機、冷卻水換熱器、循環(huán)泵，其特征在于，發(fā)動機排氣總管(1)分為兩根歧管，兩根歧管分別串接第一節(jié)氣門(2-1)和第二節(jié)氣門0-2)，發(fā)動機排氣歧管作為高溫換熱器(3)與低溫換熱器的氣側(cè)通道，高溫換熱器與低溫換熱器氣側(cè)的進口與出口并聯(lián)，高溫換熱器C3)工質(zhì)側(cè)依次串接高溫側(cè)膨脹機 (5)、高溫側(cè)冷凝器(6)以及高溫側(cè)循環(huán)泵(7)構(gòu)成高溫側(cè)工質(zhì)循環(huán)回路；高溫側(cè)膨脹機與高溫側(cè)發(fā)電機(8)軸連接。低溫換熱器工質(zhì)側(cè)依次串接電加熱器(9)、低溫側(cè)膨脹機(10)、 低溫側(cè)冷凝器(11)、低溫側(cè)循環(huán)泵(1 以及冷卻水換熱器(1 構(gòu)成低溫側(cè)工質(zhì)循環(huán)回路； 低溫側(cè)膨脹機與低溫側(cè)發(fā)電機(14)軸連接，高溫側(cè)發(fā)電機和低溫側(cè)發(fā)電機的信號線均接至第一電控單元(15)，蓄電池(16)的電力輸出接于電加熱器，蓄電池以及發(fā)動機中電動機的電力輸入由第一電控單元供給與調(diào)控。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機余熱分類回收系統(tǒng)，其特征在于所述第一、第二節(jié)氣門0-1、2-2)內(nèi)各裝有一片扇葉，兩個節(jié)氣門的葉片用連桿連接，兩個葉片互成90°角，扇葉角度位置由第二電控單元(17)同步控制；節(jié)氣門兩個葉片的直徑與發(fā)動機排氣管路直徑相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機余熱分類回收系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)動機排氣總管 (1)上裝有溫度傳感器(1 和流量傳感器(1 ；溫度傳感器和流量傳感器的輸出信號均接至所述第二電控單元(17)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機余熱分類回收系統(tǒng)，其特征在于所述高溫換熱器(3) 為螺旋管換熱器，殼側(cè)與所述發(fā)動機排氣歧管連接，管側(cè)內(nèi)走循環(huán)工質(zhì)水。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機余熱分類回收系統(tǒng)，其特征在于所述低溫換熱器的殼側(cè)走循環(huán)工質(zhì)R245fa，管側(cè)與所述發(fā)動機排氣歧管連接，管側(cè)管徑與發(fā)動機排氣歧管直徑相等。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)動機余熱分類回收系統(tǒng)，其系統(tǒng)組成為高溫換熱器與低溫換熱器氣側(cè)的進、出口并聯(lián)，發(fā)動機排氣總管分為兩根歧管，兩根歧管分別串接第一節(jié)氣門和第二節(jié)氣門。發(fā)動機排氣歧管作為高、低溫換熱器的氣側(cè)通道，高、低溫換熱器、氣側(cè)的進口與出口并聯(lián)。由換熱器、膨脹機、冷凝器以及循環(huán)泵，構(gòu)成高、低溫側(cè)兩個工質(zhì)循環(huán)回路，所不同的是低溫側(cè)還串接了冷卻水換熱器和電加熱器。兩側(cè)發(fā)電機的信號線均接至第一電控單元。通過高低溫兩個換熱器分類回收發(fā)動機排氣和冷卻水余熱，可使發(fā)動機的余熱得到充分而有效地回收利用，既可以提高發(fā)動機的效率及功率，又可有效的減少有害排放，由此提高系統(tǒng)熱效率和輸出功率。
文檔編號F01N5/02GK102505980SQ20111034079
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者張亞軍, 張 杰, 王天友, 王鵬飛 申請人:天津大學(xué)