超临界蓄热式有机朗肯循环尾气余热综合利用装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于有机朗肯循环低品质能源利用技术领域，具体涉及开发一种超临界蓄热式有机朗肯循环尾气余热综合利用装置，达到稳定发动机后处理器入口温度和提高能源利用率的有益效果。
【背景技术】
[0002]低温热源是指品位相对较低的热能，一般温度低于200°C。这些能源种类繁多，包括太阳能、各种工业余(废)热、地热、生物质能、海洋温差能等可再生能源。这些资源总量巨大，以工业废热为例，人类所利用的热能中有50%最终以低品位废热的形式直接排放。利用和回收这部分能源，既有助于解决我国能源问题，又能减少能源生产过程中的环境污染。发动机废热中的能量也是主要的废热来源，合理利用这些废热具有将发动机整体热效率提高10%的潜力。
[0003]有机朗肯循环能很好的实现这一目标，它可以利用有机工质将低温余热回收后进行发电，该系统还减少了常规能源利用过程中C02、NOx, 502的排放，同时提高了能源的总利用率。有机朗肯循环特指使用R113、R245fa、正戊烷等低沸点有机物作为工质的朗肯循环，被广泛运用在工业废热回收、太阳热能发电、生质能燃烧发电上。与水蒸气朗肯循环相比，系统中所采用的有机物工质能够在低温下蒸发并达到较高的压力，利用空气或水将做功后乏汽冷凝至常温，使得系统的高温端和低温端建立较高压差，获得较高的热效率。因此，在低品位热能的回收利用中，有机朗肯循环显示出更高的优越性。
[0004]随着排放法规的日趋严格，汽车要满足国IV以上排放法规，除了采取机内净化措施还需要加装后处理装置实现机外净化。发动机的后处理装置特别是催化型的后处理装置对发动机排温有极为严格的要求，仅在一定的排气温度范围内有较高的净化效率，例如柴油机氧化催化反应器的工作温度范围为200°C?350°C;在其余温度范围后处理器的净化效率大幅降低，而柴油机的排气温度范围为150°C?650°C，变化范围较宽，难以满足后处理器对排温的要求，因此后处理器净化效率大幅下降并且缩短工作寿命。
[0005]车用内燃机经常处于瞬态工况，相应的其尾气热状态也处于瞬变状态。车用内燃机尾气热状态的固有的瞬变性带来两个关键问题:1)、由有机朗肯循环余热回收系统与热源的匹配的敏感性引起的余热机械能利用方式低效化和控制的复杂化；2)、由后处理入口温度适宜窗口窄、与实时排温不匹配引起的有害物转化率低及尾气余热利用率低。
【发明内容】
[0006]本实用新型提供一种超临界蓄热式有机朗肯循环尾气余热综合利用装置，该装置以有机朗肯循环为依据，充分利用工质吸收的热量，一方面利用有机朗肯循环中的超临界蓄热器21把后处理器15进口端排气温度稳定在预先设定范围内，使后处理器15始终保持较高的净化效率，从而达到降低污染物排放的有益效果；另一方面利用有机朗肯循环将尾气的热能转化为机械能，而且改进了有机朗肯循环的实施方式，使得工质的汽化潜热得到充分利用，提高了热功转换效率，从而达到低品质能源利用和节约能源的有益效果。本实用新型达到将尾气余热利用方式由单一机械能利用扩展至机械能输出和后处理器入口温度控制热利用这两个方面的有益效果。
[0007]本实用新型由温度传感器I 1、压力传感器I 2、冷凝器3、工质储存罐4、工质泵5、三通接头I 6、工质喷射电磁阀I 7、工质喷嘴I 8、电磁阀I 9、工质喷嘴II 10、膨胀机11、压力传感器II 12、温度传感器II 13、预热器14、后处理器15、三通接头II 16、流量控制阀17、温度传感器III18、压力传感器III19、温度传感器IV 20、超临界蓄热器21、电磁阀II 22、排气管23、过热蒸发器24、温度传感器V 25、发动机26、工质流通管道27、温度传感器VI 28、压力传感器IV 29、电磁阀III 30、电磁阀IV 31、三通接头III 32、控制单元33、工质喷射电磁阀
II34、温度传感器VE 35和压力传感器V 36组成。
[0008]本实用新型提供一种超临界蓄热式有机朗肯循环尾气余热综合利用装置，其中膨胀机11与电磁阀I 9相通；所述的电磁阀I 9和冷凝器3连接；其中温度传感器I I和压力传感器I 2安装在冷凝器3上；所述的冷凝器3、工质储存罐4与工质泵5串联连接；所述的工质泵5通过三通接头I 6分别与工质喷射电磁阀I 7、预热器14连接；工质喷射电磁阀I 7与工质喷嘴I 8连接；三通接头I 6、预热器14和三通接头II 16串联连接，其中压力传感器II 12和温度传感器II 13安装在预热器14上；三通接头II 16、电磁阀II 22、过热蒸发器24、电磁阀IV 31和三通接头III 32串联连接，其中温度传感器VI 28和压力传感器IV 29安装在过热蒸发器24上；三通接头II 16、流量控制阀17、超临界蓄热器21、电磁阀III 30和三通接头III32串联连接，其中温度传感器IV 20和压力传感器III19安装在超临界蓄热器21上；所述的三通接头III 32、工质喷射电磁阀II 34和工质喷嘴II 10串联连接；工质喷嘴I 8和工质喷嘴II 10分别与膨胀机11相通；温度传感器VE 35和压力传感器V 36安装在膨胀机11上；发动机26、过热蒸发器24、超临界蓄热器21、后处理器15和预热器14串联连接；温度传感器III 18安装于超临界蓄热器21和后处理器15之间的排气管23管段上；温度传感器V 25安装于发动机26和过热蒸发器24之间的排气管23管段上。
[0009]本实用新型的原理是:发动机26的排气通过排气管23进入过热蒸发器24，排气与过热蒸发器24中的工质进行换热；排气离开过热蒸发器24进入超临界蓄热器21，排气与超临界蓄热器21中的工质进行换热；控制单元33根据温度传感器III 18、压力传感器
III19、温度传感器IV 20和温度传感器V 25的信号操纵流量控制阀17的开度，从而控制进入超临界蓄热器21的工质流量，在超临界蓄热器21中工质与发动机排气进行换热，使得排气温度在后处理器15的入口前达到预先设定的温度范围，该温度范围由后处理器15达到较高净化效率的排温要求所决定，目标是使后处理器15在发动机26大多数工况下都能保持较高净化效率。
[0010]发动机26的排温是脉动变化的，而且变化频繁，波动量大，但后处理器15高效净化尾气污染物是有一个固定的较小的温度范围的，一旦排温在该温度范围外，后处理器15的净化效率会大幅下降，排放污染物得不到有效净化就直接排向环境，同时后处理器15的可靠性和耐久性均受到影响。本实用新型根据有机朗肯循环的原理，将预热器14布置于后处理器15后，充分吸收尾气余热并预热工质；超临界蓄热器21置于后处理器15上游，在不同尾气余热状态下通过调节进入超临界蓄热器21的工质量、输送至过热蒸发器24的工质量，使超临界蓄热器21内的超临界工质始终保持超临界态；超临界蓄热器中工质所储存的高温热能一方面可以稳定ORC系统能量品位，另一方面也可以在尾气温度低于后处理高效窗口时反向加热尾气实现尾气余热的热利用；膨胀机11通过改变工质进/出膨胀机时刻实现膨胀比可变可控；工质泵5、过热蒸发器24、冷凝器3的结构、功能、工作过程等与传统ORC系统相似，本实用新型利用超临界蓄热器21—方面稳定ORC系统能量品位，提高有机朗肯循环的热功转换效率，从而达到低品质能源利用的有益效果；另一方面控制柴油机后处理器15进口端尾气温度使后处理器15始终处于高效净化状态，从而达到降低排气污染物排放的有益效果。
[0011]超临界蓄热模块的主要目标及过程简述如下:
[0012]一、蓄热/稳定热源品质:1)初始蓄热，根据