一種基于有機朗肯循環(huán)原理的車輛發(fā)動機廢熱回收系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于汽車節(jié)廢熱回收技術(shù)領(lǐng)域，特指一種基于有機朗肯循環(huán)原理的車輛發(fā)動機廢熱回收系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
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[0002]隨著道路車輛排放法規(guī)的日益嚴(yán)格和實施，歐六排放法規(guī)實施后，2020年將進(jìn)入以限制CO2排放為主的碳排放法規(guī)的實施階段。為此，對發(fā)動機的每百公里燃油消耗提出了嚴(yán)格的要求和標(biāo)準(zhǔn)。為此，以朗肯循環(huán)的為技術(shù)代表各種廢熱回收技術(shù)，成為未來車輛降低CO2排放的最有效的手段和技術(shù)之一。
[0003]同時，發(fā)動機的能源利用效率比較低，一般為40%左右，其余60%的熱量以各種形式散失而排入大氣。在發(fā)動機各種形式廢熱中，以發(fā)動機排氣廢熱比重最大。而基于廢熱回收的有機朗肯循環(huán)通過把發(fā)動機的尾氣和廢氣再循環(huán)EGR以及發(fā)動機缸套水的廢熱吸收，通過膨脹機轉(zhuǎn)化為有效功輸出，從而間接提升發(fā)動機燃油經(jīng)濟性和降低CO2的排放。
[0004]而在發(fā)動機廢熱源中，既有高達(dá)500—600°C的發(fā)動機再循環(huán)尾氣的高品質(zhì)熱源，也有發(fā)動機排氣經(jīng)過SCR處理轉(zhuǎn)化器后300—400°C的中文品質(zhì)的廢熱源，還有發(fā)動機缸套冷卻液的95—105 °C的低品位熱源，以及空氣經(jīng)過渦輪增壓后的熱容量比較小且最高溫度在200°C左右增壓空氣的廢熱源。如何有效的利用發(fā)動機各種不同溫度，不同品質(zhì)且不同熱量大小的各種廢熱源進(jìn)行能量回收成為車用ORC系統(tǒng)布置的關(guān)鍵點。其中，在車輛狹小空間范圍內(nèi)，如何確保氟利昂少泄露或者不泄露到大氣中，以及絕對不允許氟利昂在吸收發(fā)動機再循環(huán)尾氣和增壓空氣熱量的過程中，氟利昂泄露進(jìn)入發(fā)動機氣缸內(nèi)燃燒，與N2等發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生劇毒氣體隨發(fā)動機尾氣排入大氣，造成大氣的有毒氣體的污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明的目的是提供一種實現(xiàn)能量回收效率的最大化和產(chǎn)品系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單化基于有機朗肯循環(huán)原理的車輛發(fā)動機廢熱回收系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:
[0007]—種基于有機朗肯循環(huán)原理的車輛發(fā)動機廢熱回收系統(tǒng)，包括有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)，該循環(huán)系統(tǒng)是:冷媒栗的出口端連接三條支路，
[0008]第一支路通過管路連接回?zé)崞鳎?br>[0009]第三支路通過管路連接EGR沸騰蒸發(fā)器的尾端；
[0010]第一支路連接回?zé)崞骱蟮墓苈放c第三支路連接EGR沸騰蒸發(fā)器的尾端后的管路匯合形成匯合支路，匯合支路通過管路依次連接冷卻液沸騰器、EGR沸騰蒸發(fā)器的前端；
[0011 ]第二支路通過管路連接尾氣沸騰器；
[0012]第二支路連接尾氣沸騰器后與匯合支路匯合后通過管路依次連接膨脹機、回?zé)崞?、冷凝器、儲液罐、冷媒栗的進(jìn)口端。
[0013]在上述技術(shù)方案中，所述膨脹機的進(jìn)口端與出口端上的管路上連接有旁通管路，在旁通管路上設(shè)置有閥門。
[0014]在上述技術(shù)方案中，所述冷凝器為水冷冷凝器或氣冷冷凝器。
[0015]在上述技術(shù)方案中，還包括有發(fā)動機排氣系統(tǒng)，發(fā)動機的排氣端連接有兩路，一路通過管路連接發(fā)動機后處理SCR系統(tǒng)后與大氣連通，另一路通過管路依次連接EGR沸騰蒸發(fā)器、發(fā)動機的進(jìn)氣端。
[0016]在上述技術(shù)方案中，還包括有發(fā)動機缸套水冷卻循環(huán)系統(tǒng)，冷卻液栗的出口端連接有兩條回路，第一回路通過管路與發(fā)動機連接;第二回路通過并聯(lián)的管路分別連接EGR沸騰蒸發(fā)器的兩端并與第一回路匯合經(jīng)過冷卻液沸騰器連接后與冷卻液栗的進(jìn)口端連接。
[0017]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)突出的優(yōu)點是:
[0018]1、本發(fā)明是一種對發(fā)動機尾氣排氣廢熱，發(fā)動機尾氣再循環(huán)廢熱和發(fā)動機缸套冷卻液的廢熱回收，把熱能轉(zhuǎn)化為動能，實現(xiàn)能量的回收，降低車輛CO2的排放。
[0019]2、本發(fā)明可最大可能利用發(fā)動機廢熱，在不降低廢熱能量品味的前提下，實現(xiàn)廢熱能量的最大轉(zhuǎn)換。
[0020]3、本發(fā)明一方面根據(jù)廢熱的品質(zhì)有效合理布置冷媒工質(zhì)氟利昂的吸熱順序，另一方面部分冷卻液進(jìn)入EGR沸騰蒸發(fā)器的兩端，是以并聯(lián)的形式進(jìn)入，以減少發(fā)動機尾氣和冷卻液的熱量的交換；同時又能確保對EGR沸騰蒸發(fā)器兩端進(jìn)行冷卻以及避免氟利昂因產(chǎn)品泄漏到尾氣中，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全可靠。
【附圖說明】
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[0021]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意簡圖。
【具體實施方式】
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[0022]下面以具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，參見圖1:
[0023]一種基于有機朗肯循環(huán)原理的車輛發(fā)動機廢熱回收系統(tǒng)，包括有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)，該循環(huán)系統(tǒng)是:冷媒栗I的出口端連接三條支路，
[0024]第一支路通過管路連接回?zé)崞?;
[0025]第三支路通過管路連接EGR沸騰蒸發(fā)器3的尾端；
[0026]第一支路連接回?zé)崞?后的管路與第三支路連接EGR沸騰蒸發(fā)器3的尾端后的管路匯合形成匯合支路，匯合支路通過管路依次連接冷卻液沸騰器4、EGR沸騰蒸發(fā)器3的前端；
[0027]第二支路通過管路連接尾氣沸騰器5;
[0028]第二支路連接尾氣沸騰器5后與匯合支路匯合后通過管路依次連接膨脹機6、回?zé)崞?、冷凝器7、儲液罐8、冷媒栗I的進(jìn)口端。
[0029]上述膨脹機6的進(jìn)口端與出口端上的管路上連接有旁通管路9，在旁通管路9上設(shè)置有閥門10。
[0030]上述冷凝器7為水冷冷凝器或氣冷冷凝器。
[0031]除了有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)，還包括有發(fā)動機排氣系統(tǒng)，發(fā)動機11的排氣端連接有兩路，一路通過管路連接發(fā)動機后處理SCR系統(tǒng)12、尾氣沸騰器5后與大氣連通，另一路通過管路依次連接EGR沸騰蒸發(fā)器3、發(fā)動機11的進(jìn)氣端。
[0032]還包括有發(fā)動機缸套水冷卻循環(huán)系統(tǒng)，冷卻液栗13的出口端連接有兩條回路，第一回路通過管路與發(fā)動機11連接;第二回路通過并聯(lián)的管路分別連接EGR沸騰蒸發(fā)器3的兩端并與第一回路匯合經(jīng)過冷卻液沸騰器4連接后與冷卻液栗13的進(jìn)口端連接。
[0033]本發(fā)明的冷媒工質(zhì)采用的是氟利昂。
[0034]本發(fā)明從發(fā)動機的排氣系統(tǒng)看，從發(fā)動機11燃燒氣缸排出發(fā)動機尾氣，分成兩路。分別為，一路是高壓EGR尾氣回路，另一路是發(fā)動機排氣后處理。其中高壓EGR回路是發(fā)動機尾氣從氣缸排氣歧管排出后，經(jīng)過EGR沸騰蒸發(fā)器3后，重新回到發(fā)動機11氣缸內(nèi)參與缸內(nèi)氣體燃燒；另一路尾氣是經(jīng)過發(fā)動機渦輪增壓器后，進(jìn)入發(fā)動機后處理SCR系統(tǒng)12，最后進(jìn)入尾氣沸騰器3內(nèi)，把熱量傳遞給有機郎肯循環(huán)系統(tǒng)的冷媒工質(zhì)后，進(jìn)入環(huán)境大氣。其中，EGR沸騰蒸發(fā)器3和尾氣沸騰器5是有機郎肯循環(huán)系統(tǒng)中兩個非常關(guān)鍵的廢熱回收熱交換器，其也是高品味熱值的廢熱源。
[0035]從發(fā)動機缸套水冷卻循環(huán)系統(tǒng)看，從冷卻液栗13出來具有一定壓力的缸套水冷卻液分成兩路;其主要一路進(jìn)入發(fā)動機缸套內(nèi)對缸體進(jìn)行冷卻，另一支路少量的冷卻液進(jìn)入EGR沸騰蒸發(fā)器3對該熱交換器兩端進(jìn)行冷卻，其目的是對EGR沸騰蒸發(fā)器3兩端進(jìn)行冷卻，提高產(chǎn)品可靠性，同時應(yīng)對EGR沸騰蒸發(fā)器3萬一失效發(fā)生氟利昂泄漏時，氟利昂泄漏進(jìn)入冷卻液循環(huán)系統(tǒng)，從而避免氟利昂泄漏進(jìn)入再循環(huán)尾氣中，最后參與發(fā)動機11氣缸內(nèi)燃燒過程而產(chǎn)生劇毒物排入大氣。冷卻液在發(fā)動機缸套內(nèi)和EGR沸騰蒸發(fā)器3吸收熱量后，匯合進(jìn)入發(fā)動機冷卻液沸騰器4中，把熱量傳遞給有機郎肯循環(huán)的工質(zhì)冷媒，其自身溫度降低，再次進(jìn)入冷卻液栗13完成整個循環(huán)。
[0036]需要特別說明是，本發(fā)明給出冷卻液循環(huán)系統(tǒng)也僅僅是用來說明發(fā)動機缸套液系統(tǒng)冷卻液的流動循環(huán)的情況;而實際系統(tǒng)中根據(jù)實際需要應(yīng)包括溫度傳感器、閥門調(diào)節(jié)、膨脹水箱等輔助原件。
[0037]從有機郎肯循環(huán)系統(tǒng)看，該系統(tǒng)包括完整的有機郎肯循環(huán)系統(tǒng)四個主要部分，其分別為冷媒栗I，蒸發(fā)器、膨脹機6和回?zé)崞?等。其中蒸發(fā)器，也即是熱量吸收裝置，其主要有4個熱交換器，分別為EGR沸騰蒸發(fā)器3，尾氣沸騰器5，冷卻液沸騰器4和回?zé)崞?。
[0038]從有機郎肯循環(huán)系統(tǒng)的氟利昂工質(zhì)的流動順序看，其主要分成三個支路分別回收發(fā)動機EGR尾氣熱量，排氣管尾氣的熱量和發(fā)動機缸套水的熱量。從冷媒栗I流出后的氟利昂工質(zhì)是具有高壓力的液態(tài)冷媒，進(jìn)一步分成三個支路。
[0039]第一支路的氟利昂工質(zhì)進(jìn)入回?zé)崞?內(nèi)，吸收從膨脹機6膨脹做功后的氣體氟利昂的余熱，以提高系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。
[0040]第二支路的氟利昂進(jìn)入發(fā)動機尾氣沸騰器5內(nèi)吸收排氣管內(nèi)尾氣的熱量，該尾氣是經(jīng)過發(fā)動機后處理SCR系統(tǒng)12轉(zhuǎn)換后的發(fā)動機尾氣，其尾氣的溫度相對較低，額定工況下，一般在350 °C左右。
[0041]第三支路的氟利昂是進(jìn)入EGR沸騰蒸發(fā)器3的尾端預(yù)熱器內(nèi)，吸收溫度已經(jīng)冷卻后的再循環(huán)尾氣的熱量。并且第一支路和第三支路的氟利昂在回?zé)崞?和EGR沸騰蒸發(fā)器3尾端進(jìn)行預(yù)熱后匯總，進(jìn)入發(fā)動機缸套水沸騰器內(nèi)吸收缸套水的熱量。從發(fā)動機缸套水沸騰蒸發(fā)器流出的氟利昂處于氣液兩相狀態(tài)，再進(jìn)入EGR沸騰蒸發(fā)器3內(nèi)進(jìn)行蒸發(fā)和過熱，最后從該沸騰蒸發(fā)器3流出的氟利昂是高溫高壓的氟利昂過熱蒸汽。同時，在膨脹機2前，第二支路的氟利昂從尾氣沸騰器5流出后，也是高溫高壓過熱蒸汽，與從EGR沸騰蒸發(fā)器3流出氟利昂進(jìn)行匯合，進(jìn)入膨脹機6進(jìn)行做功，并推動做功機構(gòu)進(jìn)行能量回收(發(fā)電或通過變速箱傳遞給發(fā)動機輸出軸)。
[0042]從膨脹機6流出的氟利昂氣體是溫度稍低、低壓的氟利昂蒸汽，為提高有機郎肯循環(huán)效率，在系統(tǒng)中增加回?zé)崞?，把氣體氟利昂冷媒熱量傳遞給液體冷媒。從回?zé)崞?流出的氟利昂進(jìn)入冷凝器7進(jìn)行冷凝，可以是風(fēng)冷或水冷;若采用水冷，需要專門的低溫水循環(huán)系統(tǒng)，并進(jìn)入儲液罐8中，在與冷媒栗I的進(jìn)口相連接。從而實現(xiàn)整個有機氟利昂工質(zhì)的系統(tǒng)循環(huán)，并實現(xiàn)對發(fā)動機各種廢熱的能量回收。
[0043]在高溫高壓蒸汽冷媒進(jìn)入膨脹機6前的主管路分成兩個支路，一路是直接進(jìn)入膨脹機6進(jìn)行膨脹，另一支路是經(jīng)過閥門10和旁通管路9，最后回到排氣的主管路。其目的是在有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)在開啟過程中，需要旁通冷媒，以確保膨脹機6進(jìn)口冷媒滿足膨脹機6工作的工況條件，以及在特殊情況，為保護(hù)膨脹機6而設(shè)置的旁通管路9。
[0044]同時在有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)中，為保護(hù)系統(tǒng)和確保系統(tǒng)的正常運行，需要在管路增設(shè)壓力，溫度傳感器和各種閥門。
[0045]上述實施例僅為本發(fā)明的較佳實施例之一，并非以此限制本發(fā)明的實施范圍，故:凡依本發(fā)明的形狀、結(jié)構(gòu)、原理所做的等效變化，均應(yīng)涵蓋于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于有機朗肯循環(huán)原理的車輛發(fā)動機廢熱回收系統(tǒng)，其特征在于:包括有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)，該循環(huán)系統(tǒng)是:冷媒栗的出口端連接三條支路， 第一支路通過管路連接回?zé)崞鳎?第三支路通過管路連接EGR沸騰蒸發(fā)器的尾端； 第一支路連接回?zé)崞骱蟮墓苈放c第三支路連接EGR沸騰蒸發(fā)器的尾端后的管路匯合形成匯合支路，匯合支路通過管路依次連接冷卻液沸騰器、EGR沸騰蒸發(fā)器的前端； 第二支路通過管路連接尾氣沸騰器； 第二支路連接尾氣沸騰器后與匯合支路匯合后通過管路依次連接膨脹機、回?zé)崞?、冷凝器、儲液罐、冷媒栗的進(jìn)口端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于有機朗肯循環(huán)原理的車輛發(fā)動機廢熱回收系統(tǒng)，其特征在于:所述膨脹機的進(jìn)口端與出口端上的管路上連接有旁通管路，在旁通管路上設(shè)置有閥門。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于有機朗肯循環(huán)原理的車輛發(fā)動機廢熱回收系統(tǒng)，其特征在于:所述冷凝器為水冷冷凝器或氣冷冷凝器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于有機朗肯循環(huán)原理的車輛發(fā)動機廢熱回收系統(tǒng)，其特征在于:還包括有發(fā)動機排氣系統(tǒng)，發(fā)動機的排氣端連接有兩路，一路通過管路連接發(fā)動機后處理SCR系統(tǒng)后與大氣連通，另一路通過管路依次連接EGR沸騰蒸發(fā)器、發(fā)動機的進(jìn)氣端。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于有機朗肯循環(huán)原理的車輛發(fā)動機廢熱回收系統(tǒng)，其特征在于:還包括有發(fā)動機缸套水冷卻循環(huán)系統(tǒng)，冷卻液栗的出口端連接有兩條回路，第一回路通過管路與發(fā)動機連接;第二回路通過并聯(lián)的管路分別連接EGR沸騰蒸發(fā)器的兩端并與第一回路匯合經(jīng)過冷卻液沸騰器連接后與冷卻液栗的進(jìn)口端連接。
【專利摘要】本發(fā)明屬于汽車節(jié)廢熱回收技術(shù)領(lǐng)域，特指一種基于有機朗肯循環(huán)原理的車輛發(fā)動機廢熱回收系統(tǒng)，冷媒泵的出口端連接三條支路，第一支路通過管路連接回?zé)崞鳎坏谌吠ㄟ^管路連接EGR沸騰蒸發(fā)器的尾端；第一支路連接回?zé)崞骱蟮墓苈放c第三支路連接EGR沸騰蒸發(fā)器的尾端后的管路匯合形成匯合支路，匯合支路通過管路依次連接冷卻液沸騰器、EGR沸騰蒸發(fā)器的前端；第二支路通過管路連接尾氣沸騰器；第二支路連接尾氣沸騰器后與匯合支路匯合后通過管路依次連接膨脹機、回?zé)崞?、冷凝器、儲液罐、冷媒泵的進(jìn)口端；本發(fā)明是一種對發(fā)動機尾氣排氣廢熱，發(fā)動機尾氣再循環(huán)廢熱和發(fā)動機缸套冷卻液的廢熱回收，把熱能轉(zhuǎn)化為動能，實現(xiàn)能量的回收，降低車輛CO2的排放。
【IPC分類】F02M26/13, F02G5/04
【公開號】CN105715407
【申請?zhí)枴緾N201610050606
【發(fā)明人】董軍啟, 陳一中, 王建長, 陳偉建
【申請人】浙江銀輪機械股份有限公司