二沖程內燃機雙回路余熱回收系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種二沖程內燃機雙回路余熱回收系統(tǒng)，其技術方案為：由高溫換熱器、第一膨脹機、散熱器、水泵等4個部件的工質側、以及發(fā)動機的水套側依次連接，組成第一回路朗肯循環(huán)系統(tǒng)；由低溫預熱器、低溫換熱器、第二膨脹機、散熱器等4個部件的工質側、以及工質泵依次連接，組成第二回路朗肯循環(huán)系統(tǒng)。第一循環(huán)回路通過散熱器與第二循環(huán)回路連接?？諝饨?jīng)渦輪增壓器、低溫預熱器進入發(fā)動機氣缸，氣缸的高溫排氣經(jīng)過渦輪增壓器、高溫換熱器以及低溫換熱器排出。本發(fā)明突破ORC技術在發(fā)動機排氣余熱回收上的限制，通過合理的布局裝配，使發(fā)動機整機裝配空間得到充分利用，使其余熱回收效率得到大幅提高。
【專利說明】 二沖程內燃機雙回路余熱回收系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于內燃機余熱利用技術，具體涉及一種二沖程內燃機雙回路節(jié)能減排余熱回收系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著能源短缺和環(huán)境污染問題的突出，內燃機節(jié)能減排的技術措施日益受到世人關注。有機朗肯循環(huán)(ORC)以其熱效率和安全性較高的特點，目前已成為內燃機余熱回收研究的熱點。然而ORC所用工質的分解溫度一般低于350°C，而發(fā)動機排氣溫度一般高達500?600°C。較高的溫度有可能會造成有機工質分解，這是制約ORC在高溫余熱回收利用的關鍵點之一。另一方面，ORC相對于其它余熱回收的循環(huán)裝置而言，雖結構相對簡單，但作為內燃機余熱回收裝置其系統(tǒng)體積較大，安裝于發(fā)動機將會受到整機裝配空間的限制，這也是制約ORC用于內燃機余熱回收的主要原因。
[0003]目前朗肯循環(huán)回收余熱的技術大多集中在四沖程發(fā)動機上。二沖程內燃機氣缸體上有三個孔，即進氣孔、排氣孔和換氣孔，在兩個行程內完成一次循環(huán)，升功率大，結構簡單、輕便。但是二沖程內燃機掃氣耗功大，燃油消耗率高，排放性差，如果對其排氣余熱進行回收，其經(jīng)濟和環(huán)境效益則更大。此外，二沖程內燃機的逆循環(huán)過程可以作膨脹過程。其做法是將換氣孔變成排氣孔，排氣閥用于控制進氣流動，這樣，二沖程內燃機就可以用作膨脹機，從而省去ORC系統(tǒng)中的膨脹機，降低系統(tǒng)規(guī)模和成本。
[0004]因此，如果能提出一種既能將發(fā)動機排氣的高溫余熱得到充分回收，同時又不需要大范圍改變系統(tǒng)的裝配布局，則是推廣內燃機節(jié)能減排技術之所求。

【發(fā)明內容】

[0005]針對上述技術缺陷，本發(fā)明的目的是提出一種二沖程內燃機雙回路余熱回收系統(tǒng)。
[0006]以下結合附圖對本發(fā)明的原理與系統(tǒng)組成進行說明。二沖程內燃機雙回路余熱回收系統(tǒng)包括:高溫換熱器、低溫換熱器、第一第二膨脹機、散熱器、水泵、工質泵、中冷器、發(fā)動機以及渦輪增壓器等。其系統(tǒng)設計方案為:由高溫換熱器、第一膨脹機、散熱器、第一工質泵4個部件的工質側、以及發(fā)動機的水套側依次連接，組成第一回路朗肯循環(huán)系統(tǒng)。由中冷器、低溫換熱器、第二膨脹機、散熱器4個部件的工質側、以及第二工質泵依次連接，組成第二回路朗肯循環(huán)系統(tǒng)。第一循環(huán)回路通過散熱器與第二循環(huán)回路連接，空氣經(jīng)渦輪增壓器、中冷器進入發(fā)動機氣缸，氣缸的高溫排氣經(jīng)過渦輪增壓器、高溫換熱器以及低溫換熱器換熱后排出。發(fā)動機為6缸發(fā)動機,第一膨脹機是發(fā)動機的第一缸；第二膨脹機是發(fā)動機的第六缸。
[0007]氣缸上有進、排氣及換氣口，當發(fā)動機氣缸中的活塞做往復運動時，氣缸容積便周期地變化，它與吸氣口、排氣口的啟閉相配合，實現(xiàn)膨脹排氣與吸氣壓縮過程的工作循環(huán)。二沖程發(fā)動機工作的逆過程與往復式膨脹機的工作過程相類似，只不過是這兩個氣缸中工作的工質不是燃油混合氣，而是循環(huán)工質。因此，本發(fā)明發(fā)動機中的兩個缸，通過進、排氣過程次序的更換作為往復式膨脹機使用，從而省去ORC系統(tǒng)中的膨脹機，降低系統(tǒng)規(guī)模和成本。
[0008]系統(tǒng)原理是:第一回路朗肯循環(huán)是蒸汽朗肯循環(huán)，所采用工質為發(fā)動機冷卻水。第一回路朗肯循環(huán)的熱源是發(fā)動機排氣的高溫余熱，利用蒸汽循環(huán)系統(tǒng)來驅動發(fā)動機發(fā)電。冷卻水一方面能夠使冷卻系統(tǒng)始終處于最佳的工作狀態(tài)，保證內燃機的正常工作溫度，另一方面，又作為朗肯循環(huán)的工質，在整個系統(tǒng)中，發(fā)揮雙重作用，簡化系統(tǒng)降低系統(tǒng)運行成本。第二回路朗肯循環(huán)的熱源主要是經(jīng)過(與高溫換熱器)一次換熱后的發(fā)動機排氣，高溫廢氣經(jīng)過與高溫換熱器換熱后，其溫度已降至350°C以下，所以可以采用適于中高溫熱源的有機朗肯循環(huán)，由此實現(xiàn)二沖程內燃機排氣余熱的充分利用，達到節(jié)能和系統(tǒng)高效熱力循環(huán)的目的。
[0009]本發(fā)明的特點及有益效果是，可以突破(較低的有機工質分解溫度)ORC技術在內燃機排氣余熱回收上的限制，實現(xiàn)廢氣余熱的安全高效回收，同時不需對系統(tǒng)的總體布局做過多的調整，占用過大的空間，達到節(jié)能減排的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]所示附圖為本發(fā)明系統(tǒng)部件連接結構原理圖。圖中的黑實線表示進排氣路徑，短虛線代表第一回路朗肯循環(huán)，長虛線代表第二回路朗肯循環(huán)。
【具體實施方式】
[0011]以下結合附圖并通過實施例對本發(fā)明的原理與設置方案做進一步的說明。需要說明的是本實施例是敘述性的，而非是限定性的，不以此限定本發(fā)明的保護范圍。
[0012]二沖程內燃機雙回路余熱回收系統(tǒng)，其系統(tǒng)組成為:由高溫換熱器1、第一膨脹機
2、散熱器4、第一工質泵3所述4個部件的工質側、以及發(fā)動機9的水套側依次連接，組成第一回路朗肯循環(huán)系統(tǒng)(圖中短虛線框架)。由中冷器5、低溫換熱器6、第二膨脹機7、散熱器所述4個部件的工質側、以及第二工質泵8依次連接，組成第二回路朗肯循環(huán)系統(tǒng)(圖中長虛線框架)，第一循環(huán)回路通過散熱器與第二循環(huán)回路連接。空氣經(jīng)渦輪增壓器10、中冷器進入發(fā)動機氣缸，氣缸的高溫排氣經(jīng)過渦輪增壓器、高溫換熱器以及低溫換熱器換熱后排出。發(fā)動機為6缸發(fā)動機,第一膨脹機是發(fā)動機的第一缸；第二膨脹機是發(fā)動機的第六缸。第一回路朗肯循環(huán)中的工質為水。第二回路循環(huán)中所用的工質為R245fa(CF3CH2CHF2)。渦輪增壓器包括兩部分，即渦輪機與壓氣機，通過軸連構成渦輪增壓器。
[0013]本發(fā)明的工作過程為:新鮮空氣經(jīng)渦輪增壓器(壓氣機壓縮)、中冷器(預熱)與燃油混合后進入氣缸參與燃燒。高溫排氣從排氣管經(jīng)(渦輪機)渦輪增壓器、高溫換熱器、低溫換熱器排出。工質(水)由第一工質泵送入發(fā)動機，作為冷卻水對氣缸進行冷卻，此時冷卻水被加熱，之后經(jīng)高溫換熱器加熱成飽和蒸汽，送入第一膨脹機做功。做功后的乏汽經(jīng)散熱器冷卻為液體，重新送回到泵處。有機工質由第二工質泵送入中冷器預熱后進入低溫換熱器，換熱蒸發(fā)為飽和(或過熱)的高溫高壓氣體，送入第二膨脹機做功，之后經(jīng)散熱器冷卻，送回第二工質泵，繼續(xù)參與循環(huán)。
[0014]本系統(tǒng)通過合理的布局裝配，使發(fā)動機整機裝配空間得到充分利用，在使發(fā)動機 高溫排氣余熱得到利用的基礎上，使其余熱回收效率得到大幅提高。
【權利要求】
1.二沖程內燃機雙回路余熱回收系統(tǒng)，包括高溫換熱器、低溫換熱器、膨脹機、散熱器、工質泵、中冷器、渦輪增壓器以及發(fā)動機等，其特征在于:由高溫換熱器(I)、第一膨脹機(2)、散熱器(4)、第一工質泵(3)所述4個部件的工質側、以及發(fā)動機(9)的水套側依次連接，組成第一回路朗肯循環(huán)系統(tǒng)；由中冷器(5)、低溫換熱器(6)、第二膨脹機(7)、散熱器所述4個部件的工質側、以及第二工質泵(8)依次連接，組成第二回路朗肯循環(huán)系統(tǒng)，第一循環(huán)回路通過散熱器與第二循環(huán)回路連接，空氣經(jīng)渦輪增壓器(10)、中冷器進入發(fā)動機氣缸，氣缸的高溫排氣經(jīng)過渦輪增壓器、高溫換熱器以及低溫換熱器換熱后排出。
2.根據(jù)權利要求1所述的二沖程內燃機雙回路余熱回收系統(tǒng)，其特征是所述發(fā)動機(9)為6缸發(fā)動機，所述第一膨脹機是發(fā)動機的第一缸；所述第二膨脹機是發(fā)動機的第六缸。
3.根據(jù)權利要求1所述的二沖程內燃機雙回路余熱回收系統(tǒng)，其特征是所述第一回路朗肯循環(huán)中的工質為水。
4.根據(jù)權利要求1所述的二沖程內燃機雙回路余熱回收系統(tǒng)，其特征是所述第二回路循環(huán)中的工質為R245fa。
【文檔編號】F02G5/04GK103726950SQ201310755644
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權日:2013年12月27日
【發(fā)明者】李曉寧, 舒歌群, 張承宇, 于國鵬, 高媛媛 申請人:天津大學