全液化，完全液化后的低温工质进入工质储存罐4中，至此工质经历一个循环。
[0031]当尾气实时余热能量不但能满足后处理器15的热量需求和超临界蓄热器21的设定蓄热需求而且能满足高效亚临界ORC时，本装置进入超临界动态蓄热、亚临界和超临界ORC状态，此时电控单元33打开电磁阀II 22、电磁阀III 30、电磁阀IV 31和流量控制阀17 ；工质流经预热器14加热后，一部分工质通过三通接头II 16、流量控制阀17进入超临界蓄热器21，由于此时排气温度很高，超临界蓄热器21中工质经历超临界加热升温过程，此时利用工质积蓄的热量已经足以稳定后处理器15的入口温度而且还有较大盈余，超临界蓄热器21中的过量热工质通过电磁阀III30、三通接头III32进入工质喷射电磁阀II 34所在的管道；另一部分工质经电磁阀II 22进入过热蒸发器24中继续吸热升温成为过热工质，工质再经电磁阀IV 31、三通接头III 32进入工质喷射电磁阀II 34所在的管道；此时工质喷射电磁阀II 34所在的管道中的过热工质由两部分组成，一部分是流经过热蒸发器24的工质、另一部分是流经超临界蓄热器21的工质；控制单元33控制工质喷射电磁阀II 34的开启时刻和持续时间，使适量过热工质通过工质喷嘴II 10喷入膨胀机11，喷入膨胀机11的过热工质充分膨胀，控制单元33控制工质喷射电磁阀I 7的开启时刻和持续时间，冷工质通过工质喷嘴I 8喷入膨胀机11，使膨胀机11内温度降低，热工质大量液化，膨胀机11内压力下降，实现汽化潜热充分利用；控制单元33控制电磁阀I 9的开启时刻和持续时间，从而顺利将工质排出，气态和液态共存的工质直到进入冷凝器3中才得到完全液化，完全液化后的低温工质进入工质储存罐4中，至此工质经历一个循环。
[0032]控制单元33控制工质喷射电磁阀II 34的开启时刻和持续时间，使通过工质喷嘴II 10的适量过热工质喷入膨胀机11，喷入膨胀机11的过热工质充分膨胀，控制单元33控制工质喷射电磁阀I 7的开启时刻和持续时间，冷工质通过工质喷嘴I 8喷入膨胀机11，使膨胀机11内温度降低，热工质大量液化，膨胀机11内压力下降，实现汽化潜热充分利用；在传统的有机朗肯循环中，工质都是在冷凝器中完成液化过程的，这样就损失了工质的汽化潜热，限制了有机朗肯循环热功转换效率的提升，而在本实用新型中热工质的液化过程分为两个阶段，第一阶段是在膨胀机11中完成的，此时喷入膨胀机11的过热工质充分膨胀，控制单元33控制工质喷射电磁阀I 7的开启时刻和持续时间，冷工质通过工质喷嘴I 8喷入膨胀机11，使膨胀机11内温度降低，热工质大量液化，但此时尚有一部分工质为气态未得到液化；控制单元33控制电磁阀I 9的开启时刻和持续时间，顺利将气态和液态的工质排出，工质进入冷凝器3完成第二阶段的液化过程，至此工质得到完全液化降温；本实用新型的两阶段液化过程使热工质的汽化潜热得到了利用，这样就达到提高有机朗肯循环的热功转换效率和节约能源的有益效果。
[0033]本实用新型中利用换热器(预热器14、超临界蓄热器21、过热蒸发器24)实现了后处理温度控制和低品质能源与有机工质的能量交换的有益效果，按此原理在实际应用中板式换热器、管壳式换热器、套管式换热器和管板式换热器等均可实现此有益效果；本实用新型中利用膨胀机11实现了利用热能转换为机械能的有益效果，按此原理在实际应用中采用向心透平膨胀机、轴流透平膨胀机、活塞式膨胀机、涡旋式膨胀机、旋转叶片式膨胀机、螺杆式膨胀机、三角转子膨胀机和摆线膨胀机等都能实现此有益效果；本实用新型中利用沸点较低有机工质可以充分吸收热量，在较低压力(0.2?1.5MPa左右)，较低温度(100°C、甚至40?50°C )就可以汽化为蒸汽，按此原理在实际应用中在标况下沸点较低的有机工质(如 R134a、R22、R32、R227ea、R143a、R218、RC318 和 R152a 等)均可实现此有益效果。
【主权项】
1.超临界蓄热式有机朗肯循环尾气余热综合利用装置，其主要由温度传感器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III (18)、压力传感器III (19)、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II (34)、温度传感器VE (35)和压力传感器V (36)组成；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I⑶连接；三通接头I ￠)、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III (32)串联连接，其中温度传感器IV (20)和压力传感器III (19)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。
【专利摘要】本实用新型涉及一种超临界蓄热式有机朗肯循环尾气余热综合利用装置，包括亚临界ORC、超临界ORC和超临界蓄热三个模块，主要由冷凝器、工质储存罐、电磁阀、工质泵、膨胀机、预热器、后处理器、超临界蓄热器、过热蒸发器和控制单元等组成，利用超临界蓄热器将排气温度稳定在一定范围内再进入后处理器，使后处理器在发动机在大多数工况下都能保持高净化效率降低污染物排放；同时利用有机朗肯循环对排气的热量回收提高能源的利用率，本实用新型利用有机朗肯循环达到污染物低排放和能源高效利用的有益效果。
【IPC分类】F01N5-02, F01K25-10, F01N3-00
【公开号】CN204476527
【申请号】CN201520147893
【发明人】李润钊, 韩永强, 刘忠长, 许允, 谭满志, 田径, 王先锋, 康见见
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年3月16日