一种基于有机朗肯循环原理的车辆发动机废热回收系统的制作方法
【技术领域】
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[0001]本发明属于汽车节废热回收技术领域，特指一种基于有机朗肯循环原理的车辆发动机废热回收系统。
【背景技术】
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[0002]随着道路车辆排放法规的日益严格和实施，欧六排放法规实施后，2020年将进入以限制CO2排放为主的碳排放法规的实施阶段。为此，对发动机的每百公里燃油消耗提出了严格的要求和标准。为此，以朗肯循环的为技术代表各种废热回收技术，成为未来车辆降低CO2排放的最有效的手段和技术之一。
[0003]同时，发动机的能源利用效率比较低，一般为40%左右，其余60%的热量以各种形式散失而排入大气。在发动机各种形式废热中，以发动机排气废热比重最大。而基于废热回收的有机朗肯循环通过把发动机的尾气和废气再循环EGR以及发动机缸套水的废热吸收，通过膨胀机转化为有效功输出，从而间接提升发动机燃油经济性和降低CO2的排放。
[0004]而在发动机废热源中，既有高达500—600°C的发动机再循环尾气的高品质热源，也有发动机排气经过SCR处理转化器后300—400°C的中文品质的废热源，还有发动机缸套冷却液的95—105 °C的低品位热源，以及空气经过涡轮增压后的热容量比较小且最高温度在200°C左右增压空气的废热源。如何有效的利用发动机各种不同温度，不同品质且不同热量大小的各种废热源进行能量回收成为车用ORC系统布置的关键点。其中，在车辆狭小空间范围内，如何确保氟利昂少泄露或者不泄露到大气中，以及绝对不允许氟利昂在吸收发动机再循环尾气和增压空气热量的过程中，氟利昂泄露进入发动机气缸内燃烧，与N2等发生反应产生剧毒气体随发动机尾气排入大气，造成大气的有毒气体的污染。
【发明内容】
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[0005]本发明的目的是提供一种实现能量回收效率的最大化和产品系统结构简单化基于有机朗肯循环原理的车辆发动机废热回收系统。
[0006]本发明是这样实现的:
[0007]—种基于有机朗肯循环原理的车辆发动机废热回收系统，包括有机朗肯循环系统，该循环系统是:冷媒栗的出口端连接三条支路，
[0008]第一支路通过管路连接回热器；
[0009]第三支路通过管路连接EGR沸腾蒸发器的尾端；
[0010]第一支路连接回热器后的管路与第三支路连接EGR沸腾蒸发器的尾端后的管路汇合形成汇合支路，汇合支路通过管路依次连接冷却液沸腾器、EGR沸腾蒸发器的前端；
[0011 ]第二支路通过管路连接尾气沸腾器；
[0012]第二支路连接尾气沸腾器后与汇合支路汇合后通过管路依次连接膨胀机、回热器、冷凝器、储液罐、冷媒栗的进口端。
[0013]在上述技术方案中，所述膨胀机的进口端与出口端上的管路上连接有旁通管路，在旁通管路上设置有阀门。
[0014]在上述技术方案中，所述冷凝器为水冷冷凝器或气冷冷凝器。
[0015]在上述技术方案中，还包括有发动机排气系统，发动机的排气端连接有两路，一路通过管路连接发动机后处理SCR系统后与大气连通，另一路通过管路依次连接EGR沸腾蒸发器、发动机的进气端。
[0016]在上述技术方案中，还包括有发动机缸套水冷却循环系统，冷却液栗的出口端连接有两条回路，第一回路通过管路与发动机连接;第二回路通过并联的管路分别连接EGR沸腾蒸发器的两端并与第一回路汇合经过冷却液沸腾器连接后与冷却液栗的进口端连接。
[0017]本发明相比现有技术突出的优点是:
[0018]1、本发明是一种对发动机尾气排气废热，发动机尾气再循环废热和发动机缸套冷却液的废热回收，把热能转化为动能，实现能量的回收，降低车辆CO2的排放。
[0019]2、本发明可最大可能利用发动机废热，在不降低废热能量品味的前提下，实现废热能量的最大转换。
[0020]3、本发明一方面根据废热的品质有效合理布置冷媒工质氟利昂的吸热顺序，另一方面部分冷却液进入EGR沸腾蒸发器的两端，是以并联的形式进入，以减少发动机尾气和冷却液的热量的交换；同时又能确保对EGR沸腾蒸发器两端进行冷却以及避免氟利昂因产品泄漏到尾气中，结构稳定、安全可靠。
【附图说明】
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[0021]图1是本发明的结构示意简图。
【具体实施方式】
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[0022]下面以具体实施例对本发明作进一步描述，参见图1:
[0023]一种基于有机朗肯循环原理的车辆发动机废热回收系统，包括有机朗肯循环系统，该循环系统是:冷媒栗I的出口端连接三条支路，
[0024]第一支路通过管路连接回热器2;
[0025]第三支路通过管路连接EGR沸腾蒸发器3的尾端；
[0026]第一支路连接回热器2后的管路与第三支路连接EGR沸腾蒸发器3的尾端后的管路汇合形成汇合支路，汇合支路通过管路依次连接冷却液沸腾器4、EGR沸腾蒸发器3的前端；
[0027]第二支路通过管路连接尾气沸腾器5;
[0028]第二支路连接尾气沸腾器5后与汇合支路汇合后通过管路依次连接膨胀机6、回热器2、冷凝器7、储液罐8、冷媒栗I的进口端。
[0029]上述膨胀机6的进口端与出口端上的管路上连接有旁通管路9，在旁通管路9上设置有阀门10。
[0030]上述冷凝器7为水冷冷凝器或气冷冷凝器。
[0031]除了有机朗肯循环系统，还包括有发动机排气系统，发动机11的排气端连接有两路，一路通过管路连接发动机后处理SCR系统12、尾气沸腾器5后与大气连通，另一路通过管路依次连接EGR沸腾蒸发器3、发动机11的进气端。
[0032]还包括有发动机缸套水冷却循环系统，冷却液栗13的出口端连接有两条回路，第一回路通过管路与发动机11连接;第二回路通过并联的管路分别连接EGR沸腾蒸发器3的两端并与第一回路汇合经过冷却液沸腾器4连接后与冷却液栗13的进口端连接。
[0033]本发明的冷媒工质采用的是氟利昂。
[0034]本发明从发动机的排气系统看，从发动机11燃烧气缸排出发动机尾气，分成两路。分别为，一路是高压EGR尾气回路，另一路是发动机排气后处理。其中高压EGR回路是发动机尾气从气缸排气歧管排出后，经过EGR沸腾蒸发器3后，重新回到发动机11气缸内参与缸内气体燃烧；另一路尾气是经过发动机涡轮增压器后，进入发动机后处理SCR系统12，最后进入尾气沸腾器3内，把热量传递给有机郎肯循环系统的冷媒工质后，进入环境大气。其中，EGR沸腾蒸发器3和尾气沸腾器5是有机郎肯循环系统中两个非常关键的废热回收热交换器，其也是高品味热值的废热源。
[0035]从发动机缸套水冷却循环系统看，从冷却液栗13出来具有一定压力的缸套水冷却液分成两路;其主要一路进入发动机缸套内对缸体进行冷却，另一支路少量的冷却液进入EGR沸腾蒸发器3对该热交换器两端进行冷却，其目的是对EGR沸腾蒸发器3两端进行冷却，提高产品可靠性，同时应对EGR沸腾蒸发器3万一失效发生氟利昂泄漏时，氟利昂泄漏进入冷却液循环系统，从而避免氟利昂泄漏进入再循环尾气中，最后参与发动机11气缸内燃烧过程而产生剧毒物排入大气。冷却液在发动机缸套内和EGR沸腾蒸发器3吸收热量后，汇合进入发动机冷却液沸腾器4中，把热量传递给有机郎肯循环的工质冷媒，其自身温度降低，再次进入冷却液栗13完成整个循环。
[0036]需要特别说明是，本发明给出冷却液循环系统也仅仅是用来说明发动机缸套液系统冷却液的流动循环的情况;而实际系统中根据实际需要应包括温度传感器、阀门调节、膨胀水箱等辅助原件。
[0037]从有机郎肯循环系统看，该系统包括完整的有机郎肯循环系统四个主要部分，其分别为冷媒栗I，蒸发器、膨胀机6和回热器2等。其中蒸发器，也即是热量吸收装置，其主要有4个热交换器，分别为EGR沸腾蒸发器3，尾气沸腾器5，冷却液沸腾器4和回热器2。
[0038]从有机郎肯循环系统的氟利昂工质的流动顺序看，其主要分成三个支路分别回收发动机EGR尾气热量，排气管尾气的热量和发动机缸套水的热量。从冷媒栗I流出后的氟利昂工质是具有高压力的液态冷媒，进一步分成三个支路。
[0039]第一支路的氟利昂工质进入回热器2内，吸收从膨胀机6膨胀做功后的气体氟利昂的余热，以提高系统的转换效率。
[0040]第二支路的氟利昂进入发动机尾气沸腾器5内吸收排气管内尾气的热量，该尾气是经过发动机后处理SCR系统12转换后的发动机尾气，其尾气的温度相对较低，额定工况下，一般在350 °C左右。
[0041]第三支路的氟利昂是进入EGR沸腾蒸发器3的尾端预热器内，吸收温度已经冷却后的再循环尾气的热量。并且第一支路和第三支路的氟利昂在回热器2和EGR沸腾蒸发器3尾端进行预热后汇总，进入发动机缸套水沸腾器内吸收缸套水的热量。从发动机缸套水沸腾蒸发器流出的氟利昂处于气液两相状态，再进入EGR沸腾蒸发器3内进行蒸发和过热，最后从该沸腾蒸发器3流出的氟利昂是高温高压的氟利昂过热蒸汽。同时，在膨胀机2前，第二支路的氟利昂从尾气沸腾器5流出后，也是高温高压过热蒸汽，与从EGR沸腾蒸发器3流出氟利昂进行汇合，进入膨胀机6进行做功，并推动做功机构进行能量回收(发电或通过变速箱传递给发动机输出轴)。
[0042]从膨胀机6流出的氟利昂气体是温度稍低、低压的氟利昂蒸汽，为提高有机郎肯循环效率，在系统中增加回热器2，把气体氟利昂冷媒热量传递给液体冷媒。从回热器2流出的氟利昂进入冷凝器7进行冷凝，可以是风冷或水冷;若采用水冷，需要专门的低温水循环系统，并进入储液罐8中，在与冷媒栗I的进口相连接。从而实现整个有机氟利昂工质的系统循环，并实现对发动机各种废热的能量回收。
[0043]在高温高压蒸汽冷媒进入膨胀机6前的主管路分成两个支路，一路是直接进入膨胀机6进行膨胀，另一支路是经过阀门10和旁通管路9，最后回到排气的主管路。其目的是在有机朗肯循环系统在开启过程中，需要旁通冷媒，以确保膨胀机6进口冷媒满足膨胀机6工作的工况条件，以及在特殊情况，为保护膨胀机6而设置的旁通管路9。
[0044]同时在有机朗肯循环系统中，为保护系统和确保系统的正常运行，需要在管路增设压力，温度传感器和各种阀门。
[0045]上述实施例仅为本发明的较佳实施例之一，并非以此限制本发明的实施范围，故:凡依本发明的形状、结构、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于有机朗肯循环原理的车辆发动机废热回收系统，其特征在于:包括有机朗肯循环系统，该循环系统是:冷媒栗的出口端连接三条支路， 第一支路通过管路连接回热器； 第三支路通过管路连接EGR沸腾蒸发器的尾端； 第一支路连接回热器后的管路与第三支路连接EGR沸腾蒸发器的尾端后的管路汇合形成汇合支路，汇合支路通过管路依次连接冷却液沸腾器、EGR沸腾蒸发器的前端； 第二支路通过管路连接尾气沸腾器； 第二支路连接尾气沸腾器后与汇合支路汇合后通过管路依次连接膨胀机、回热器、冷凝器、储液罐、冷媒栗的进口端。2.根据权利要求1所述的一种基于有机朗肯循环原理的车辆发动机废热回收系统，其特征在于:所述膨胀机的进口端与出口端上的管路上连接有旁通管路，在旁通管路上设置有阀门。3.根据权利要求1所述的一种基于有机朗肯循环原理的车辆发动机废热回收系统，其特征在于:所述冷凝器为水冷冷凝器或气冷冷凝器。4.根据权利要求1所述的一种基于有机朗肯循环原理的车辆发动机废热回收系统，其特征在于:还包括有发动机排气系统，发动机的排气端连接有两路，一路通过管路连接发动机后处理SCR系统后与大气连通，另一路通过管路依次连接EGR沸腾蒸发器、发动机的进气端。5.根据权利要求1所述的一种基于有机朗肯循环原理的车辆发动机废热回收系统，其特征在于:还包括有发动机缸套水冷却循环系统，冷却液栗的出口端连接有两条回路，第一回路通过管路与发动机连接;第二回路通过并联的管路分别连接EGR沸腾蒸发器的两端并与第一回路汇合经过冷却液沸腾器连接后与冷却液栗的进口端连接。
【专利摘要】本发明属于汽车节废热回收技术领域，特指一种基于有机朗肯循环原理的车辆发动机废热回收系统，冷媒泵的出口端连接三条支路，第一支路通过管路连接回热器；第三支路通过管路连接EGR沸腾蒸发器的尾端；第一支路连接回热器后的管路与第三支路连接EGR沸腾蒸发器的尾端后的管路汇合形成汇合支路，汇合支路通过管路依次连接冷却液沸腾器、EGR沸腾蒸发器的前端；第二支路通过管路连接尾气沸腾器；第二支路连接尾气沸腾器后与汇合支路汇合后通过管路依次连接膨胀机、回热器、冷凝器、储液罐、冷媒泵的进口端；本发明是一种对发动机尾气排气废热，发动机尾气再循环废热和发动机缸套冷却液的废热回收，把热能转化为动能，实现能量的回收，降低车辆CO2的排放。
【IPC分类】F02M26/13, F02G5/04
【公开号】CN105715407
【申请号】CN201610050606
【发明人】董军启, 陈一中, 王建长, 陈伟建
【申请人】浙江银轮机械股份有限公司