一種動力裝置排氣餘熱回收系統的製作方法

2023-07-03 11:21:01 1

本發明涉及節能設備技術領域，特別是涉及一種動力裝置排氣餘熱回收系統。

背景技術：

汽車及船舶動力裝置排氣餘熱的回收利用對節能減排具有重要的社會價值和經濟價值。內燃機燃料燃燒總能量的50％以上的能量通過餘熱、餘壓能的形式排放到了大氣中，因此排氣餘熱的回收利用是提高內燃機熱效率、降低油耗的有效途徑。有機朗肯循環因其工作溫度低、設備尺寸小、安全性高等優點可應用到汽車及船舶動力裝置排氣餘熱回收領域。目前，對於有機朗肯循環的研究主要是從循環工質的選擇、系統方案設計、循環參數匹配、以及膨脹機等關鍵設備的優化設計方面進行的。

然而，對於有機朗肯循環仍然有兩大問題尚未解決：首先對於有機朗肯循環，傳熱過程中有機工質與外部熱源間的溫度匹配度較低，這是循環過程不可逆性的最大來源，給系統帶來了極大的損失。為了改善工質與熱源間的溫度匹配度，降低系統的不可逆損失，現有技術中提出了多種方案，包括跨臨界和超臨界有機朗肯循環、採用非共沸工質和有機朗肯閃蒸循環等。其中，有機朗肯閃蒸循環工作過程中，工質在熱交換器中吸熱後成為飽和液體，然後進入閃蒸罐中部分閃蒸為蒸汽，蒸汽進入膨脹機中作功，剩餘飽和液通過節流閥後與作功後的蒸汽混合進入冷凝器中冷凝。由於工質與熱源在傳熱過程中不存在相變過程，因此有效改善了工質與熱源的溫度匹配程度，降低了傳熱過程的損失。有機朗肯閃蒸循環雖然有著較高的效率，但是閃蒸循環過程中的節流閥仍會帶來較大的損失。

有機朗肯循環尚未解決的第二個問題是：汽車及船舶動力裝置的工況不穩定，例如汽車排氣溫度在200～900℃之間變化。變工況使得有機朗肯循環系統效率低，甚至會使系統無法正常工作。針對此問題，若採用有機朗肯閃蒸循環，則在變工況時餘熱不足的情況下，可通過閃蒸器的氣液分離特性使得液體工質無法進入膨脹機，從而保證了系統的正常運轉。

考慮到有機朗肯閃蒸循環在低品位能源利用方面具有的較大發展潛力以及汽車及船舶動力系統排氣溫度隨工況波動範圍大的特點，因此可採用有機朗肯閃蒸循環的方式來回收動力系統的排氣餘熱。

然而，在採用常規有機朗肯閃蒸循環回收汽車及船舶動力系統的排氣餘熱時，閃蒸過程以及飽和液節流過程仍會帶來比較大的不可逆損失。因此為降低有機朗肯閃蒸循環由於節流作用所造成的不可逆損失，提高系統效率，本發明提出了一種利用改進的有機朗肯閃蒸循環的汽車及船舶動力裝置排氣餘熱回收系統。

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

本發明的目的是提供一種回收效率高且變工況適應性強的動力裝置排氣餘熱回收系統。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供一種動力裝置排氣餘熱回收系統，包括至少兩個串聯的熱交換器，位於一端的所述熱交換器順次與閃蒸器、膨脹機和冷凝器連接，所述冷凝器與位於另一端的所述熱交換器連接；所述閃蒸器還與位於兩端的所述熱交換器之間的流路連接。

其中，所述閃蒸器包括氣體出口和液體出口，所述氣體出口與所述膨脹機連接，所述液體出口與位於兩端的所述熱交換器之間的流路連接。

其中，在所述冷凝器和位於另一端的所述熱交換器之間設置有第一泵體。

其中，在所述閃蒸器的液體出口處設置有第二泵體。

其中，位於一端的所述熱交換器通過管路順次與閃蒸器、膨脹機和冷凝器連接，所述冷凝器與位於另一端的所述熱交換器通過管路連接；所述閃蒸器與位於兩端的所述熱交換器之間的流路通過管路連接。

其中，還包括發電機，所述發電機與所述膨脹機連接。

(三)有益效果

本發明提供的一種動力裝置排氣餘熱回收系統，其具有以下優點：1、本發明裝置利用改進的有機朗肯閃蒸循環進行汽車及船舶動力裝置排氣餘熱的回收，熱回收效率高，節能效果顯著。2、本發明閃蒸器中未蒸發的液體工質不經過節流減壓直接與熱交換器連接，因此克服了有機朗肯循環不可逆損失大的局限。3、本發明裝置具有有機工質與排氣熱源匹配度高、變工況適應性強的特點，尤其是在變工況時餘熱不足的情況下也可保證系統的正常運轉。4、本發明裝置由於閃蒸後未蒸發的液態工質不經過冷凝器換熱，減少了冷凝器中的冷凝換熱量，因此同樣工況下可減小冷凝器的尺寸，節約設備成本。

附圖說明

圖1是本發明的整體結構示意圖；

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。

如圖1所示，本發明包括至少兩個串聯的熱交換器1，位於首端的熱交換器1的出口通過管路與閃蒸器2的入口連接，閃蒸器2具有氣體出口21和液體出口22，氣體出口21通過管路與膨脹機3的入口連接，膨脹機3的出口通過管路與冷凝器4的入口連接，冷凝器4的出口通過管路與位於末端的熱交換器1的入口連接；

閃蒸器2的液體出口通過管路與位於首末兩端的熱交換器1之間的流路連接。

如圖1所示，在冷凝器4和位於末端的熱交換器1之間的管路上設置有第一泵體5；在閃蒸器2與流路之間的管路上設置有第二泵體6。

本發明還包括與膨脹機3連接的發電機7，膨脹機3用於做功後帶動發電機7發電。

本發明還包括動力裝置排氣口8，動力裝置排氣口8依次連通各熱交換器1，用於使排氣餘熱能夠與每一熱交換器1中的有機工質進行換熱。

需要說明的是，本發明中的熱交換器1可為兩個或多個，當熱交換器1數量為兩個時，閃蒸器2的液體出口22通過管路與兩熱交換器1之間的流路連接，以保證冷凝後的工質先行升溫後再與未蒸發的液體工質混合。

當熱交換器1的數量為多個時，閃蒸器2的液體出口22所需連接的流路需根據冷凝後的工質在末端的各熱交換器1中的升溫情況確定，保證未蒸發的液體工質與換熱後的工質在混合時保持溫度相近即可。

本發明在工作時，動力系統的排氣在裝置排氣口8中持續輸送，同時，位於閃蒸器2中的有機工質在閃蒸後，蒸發的氣體工質通過氣體出口21進入到膨脹機3中做功，從而帶動發電機7發電，做功後的氣體工質進入冷凝器4中冷凝成液態後由第二泵體6泵入到末端的熱交換器1中進行預熱。未蒸發的液體工質通過液體出口22流入到首末熱交換器1之間的流路中，與預熱後的工質進行混合後進入到熱交換器1中繼續吸收動力系統的排氣餘熱，最後由首端的熱交換器1流回到閃蒸器2中完成一次循環，並持續循環工作。

在此循環過程中，排氣餘熱被有機工質吸收，排氣溫度降低，有機工質溫度升高。當發動機變工況餘熱不足的情況下，通過閃蒸器2的氣液分離特性使得液體工質無法進入膨脹機3中，從而保證了系統的正常運轉。同時避免了閃蒸分離後飽和液的節流損失，未蒸發的液體工質無需經過冷凝器4放熱，這有助於提高排氣餘熱回收系統熱效率。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。