一种油‑有机工质分离器的制作方法

本实用新型涉及LNG汽车发动机设备，具体涉及余热能利用的有机朗肯循环领域用于LNG汽车发动机的余热回收系统的一种油-有机工质分离器。

背景技术：

液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）是天然气经过净化处理、降温至 -162 摄氏度以下时形成的液体。LNG 的组分比气态天然气更加纯净，去除了粉尘、酸性气体、重烃等组分，无色、无味、无毒且无腐蚀性。以LNG为燃料的汽车替代柴油汽车能有效减少有害气体和颗粒物排放，与柴油发动机的公交车相比，天然气发动机的LNG 公交车减少99%的一氧化碳、83%的碳氢化合物、31%的氮氧化合物排放，无颗粒物和烟尘排放，且基本不含铅、硫化物、苯等；同时 LNG 汽车还能有效减少噪声污染。另外，LNG公交车相对于柴油车约节省22%的燃料费用，LNG重型卡车相对于柴油重卡节省约15%的燃料费用。因此，在环保优势和经济优势的双重驱动下，LNG汽车产业迎来发展的黄金时期尤其是 LNG 重型卡车和公交车将成为未来几年的发展亮点。

通常汽车发动机的热效率只能达到30%左右，其余的热量不可避免地被以下几个部分消耗掉，包括发动机冷却系统(25%)、汽车排气系统(40%)和汽车的其他机械附属设备(5%)。如果把汽车尾气和冷却液所散失的热量进行合理利用,就可以有效提高汽车燃油经济性，减少汽车对燃料的消耗量，同时可有效降低排放，降低对环境的污染。另外，LNG还蕴含有较大的冷能，在回收利用发动机余热的同时还可以充分利用这部分冷能，这也是以LNG为燃料的汽车发动机与常规柴油发动机的余热回收的最大不同。

而有机朗肯循环（ORC）系统是以有机工质作为循环工质的朗肯循环系统，是回收汽车发动机余热能的重要技术手段。然而，小型化、轻量化的ORC系统是实现LNG汽车发动机余热能回收的前提条件，高效换热手段、高效膨胀机以及优化的系统是实现ORC系统小型化、轻量化的重要手段，是ORC系统在LNG汽车发动机成功应用的重要保障。

然而在回收发动机尾气和冷却液余热的有机朗肯循环系统中，当有机工质经过膨胀机时，会混有注入膨胀机内的润滑油滴。润滑油的存在会影响到有机工质在蒸发器中的传热效率，使蒸发器的尺寸和重量均会增大。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是在回收发动机尾气和冷却液余热的有机朗肯循环系统中，润滑油的存在会影响到有机工质在蒸发器中的传热效率，使蒸发器的尺寸和重量增大，提供一种结构简单的油-有机工质分离器。

为解决上述技术问题，本实用新型采用下述技术方案：一种油-有机工质分离器，包括壳体，壳体上部设有进口、下部设有有机工质出口，壳体一侧设有油出口，壳体内部设有挡板和填料板，所述的挡板设置在进口下方，挡板一侧与壳体内壁之间留有间隙；所述的填料板倾斜设置在壳体内。

所述的挡板包括横版和斜板，横版和斜板组成横“V” 型板，横版右侧与壳体内壁相连、左侧与壳体内壁之间留有间隙，斜板左侧与横版相连后向右下方延伸。

所述的填料板与斜板均向右下方倾斜，斜板右端与壳体之间留有间隙。

所述的填料板上方的壳体内还设有油液位传感器，与油出口相连的管道上设有电磁阀。

所述的填料板为超疏油材料板。

本实用新型将油-有机工质分离器应用在有机朗肯循环系统中的有机工质循环泵和回热器之间，将有机工质在经过膨胀机时混入的润滑油滴除去，结构简单，分离效果好；经过膨胀机后形成的高压液态有机工质-润滑油混合物有机工质经过本实用新型去除后得到较为纯净的高压液态有机工质，提高有机工质在蒸发器中的换热效率，实现系统的紧凑性和。

附图说明

图1是本实用新型油-有机工质分离器的结构示意图；

图2是本实用新型LNG汽车发动机的余热回收系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2所示，一种油-有机工质分离器，包括壳体68，壳体68上部设有进口62、下部设有有机工质出口67，壳体68一侧设有油出口64，壳体68内部设有挡板61和填料板66，所述的挡板61设置在进口62下方，挡板61一侧与壳体68内壁之间留有间隙；所述的填料板66倾斜设置在壳体68内。

所述的挡板61包括横版69和斜板70，横版69和斜板70组成横“V” 型板，横版69右侧与壳体68内壁相连、左侧与壳体68内壁之间留有间隙，斜板70左侧与横版69相连后向右下方延伸。横版69的作用是引导高压的液态有机工质-润滑油混合物由进口向壳体一侧的内壁面流动，使其沿壳体的内壁向下流至填料板66上，防止混合物流速过快，影响润滑油的分离，防止液体飞溅；再从填料板高处向低处流动，增大润滑油的分离时间和分离面积，使得液态有机工质-润滑油混合物分离过程更加缓和，分离更加彻底。斜板70的设置防止液态有机工质-润滑油混合物流速过快导致其液面上升，液体聚集，影响分离效果和效率。

所述的填料板66与斜板70均向右下方倾斜，斜板70右端与壳体68之间留有间隙。分离后的润滑油经过该间隙向上累积，油液位传感器63设置在斜板70最低点的上方，当润滑油达到某一高度时，油液位传感器63检测到油位打开电磁阀65放油。

所述的填料板66上方的壳体68内还设有油液位传感器63，与油出口64相连的管道上设有电磁阀65。高压的液态有机工质-润滑油混合物从进口62进入油-有机工质分离器6内，由于挡板61的存在，有机工质-润滑油混合物沿着油-有机工质分离器6的内壁面向下流，减少流速，起缓冲作用；有机工质-润滑油在流过填料板66表面时，有机工质通过填料板66然后从有机工质出口67流出，而润滑油不能通过填料板66，积聚在填料板66的上方。当油液位传感器63检测到油位后电磁阀65打开，润滑油从油出口64流出。

所述的填料板66为超疏油材料板。

用于LNG汽车发动机的余热回收系统包括回收发动机尾气和冷却液余热的有机朗肯循环系统、LNG燃料冷能利用及加热系统，所述的有机朗肯循环系统包括导热油循环回路和有机工质循环回路，所述的导热油循环回路包括尾气-导热油换热器28、导热油循环泵27和蒸发器26，蒸发器26的导热油出口通过导热油循环泵27与尾气-导热油换热器28的导热油进口相连，尾气-导热油换热器28的导热油出口与蒸发器26的导热油进口相连；导热油循环泵27将导热油从蒸发器26泵至尾气-导热油换热器28，导热油在尾气-导热油换热器28中吸收发动机尾气的热量，导热油被加热至300~350℃后，再在蒸发器26中加热高压有机工质，使其变为高温高压的过热蒸汽，而蒸发器26中导热油的温度降低至150℃以下后再被泵送至尾气-导热油换热器28中，形成导热油循环回路。

所述的有机工质循环回路包括膨胀机21、回热器25、风冷冷凝器13、LNG-有机工质换热器10、有机工质循环泵8、油-有机工质分离器6、预热器5，所述的蒸发器26的有机工质出口与膨胀机21的进口相连、膨胀机21的出口依次通过回热器25、风冷冷凝器13、LNG-有机工质换热器10、有机工质循环泵8、回热器25后与蒸发器26的有机工质进口相连。所述的膨胀机21是回转容积式膨胀机；与膨胀机21相连还设有发电机20。膨胀机21输出的功可以通过发电机20发电，也可以与汽车的动力系统耦合。

高压有机工质在蒸发器26中被导热油加热成高温高压有机工质的过热蒸汽，高温高压有机工质的过热蒸汽进入膨胀机21中膨胀做功，带动发电机20发电；高温高压有机工质的过热蒸汽从膨胀机流出后变成低压有机工质蒸汽，并混有注入膨胀机内的润滑油滴；低压有机工质蒸汽在回热器25中放热后，进入风冷冷凝器13被冷却为低压液态的有机工质，然后进入LNG-有机工质换热器10中进一步被冷却为具有一定过冷度的低压液态有机工质；低压液态有机工质被有机工质循环泵8增压，变成高压液态有机工质。高压液态有机工质在油-有机工质分离器6中将混入的润滑油分离出来后，进入发动机冷却液-有机工质预热器5，吸收发动机冷却液的热量后进入回热器25中吸收低压有机工质蒸汽的热量后温度进一步提高，然后进入有机工质蒸发器26，被加热成为高温高压的过热蒸汽，形成有机朗肯循环回路。

利用LNG的冷能在换热盘管10中降低进入风冷冷凝器13的空气温度和增加在LNG-有机工质换热器10内的有机工质的过冷度。

所述的LNG燃料冷能利用及加热系统包括储罐11、风冷冷凝器13的前置换热盘管12、LNG-有机工质换热器10、换热盘管3和发动机1，所述的储罐11通过管路依次与前置换热盘管12、LNG-有机工质换热器10、换热盘管3和发动机1相连。

所述的换热盘管3放置于发动机润滑油池2内；利用发动机润滑油加热放置在发动机润滑油池2的换热盘管3内流动的LNG燃料使其温度提高。低温LNG燃料从储罐11内流出，首先在放置在风冷冷凝器13进风口处的换热盘管12内流动，通过与进入风冷冷凝器13的空气换热提高温度的同时使得空气温度降低，然后在LNG-有机工质换热器10中吸收有机工质的热量后进入放置于发动机润滑油池2内的换热盘管3内，吸收发动机润滑油的热量从而使LNG温度进一步提高，最后喷入发动机1进行燃烧。

所述的发动机1的尾气出口与尾气-导热油换热器28相连。发动机的尾气进入尾气-导热油换热器28中加热导热油。

与蒸发器26的有机工质出口相连的管路上设有与膨胀机21并联的旁路18，所述的旁路18上设有电磁阀I24，膨胀机21两端设有电磁阀II22和电磁阀III19；与回热器25并联的管路上设有电磁阀IV16，回热器25两端与膨胀机21和风冷冷凝器13连接的管路上分别设有电磁阀V17和电磁阀VI15；与蒸发器26的有机工质出口相连的管路上还设有温度传感器23。在LNG发动机1刚启动、怠速运转或者温度传感器23检测到流出蒸发器26的有机工质蒸汽品质不高时，电磁阀V17、电磁阀VI15、电磁阀II22和电磁阀III19关闭，电磁阀IV16和电磁阀I24开启，有机工质蒸汽不经过膨胀机21和回热器25，直接进入风冷冷凝器13进行冷凝变为液态有机工质。

所述的有机工质循环泵8和回热器25之间还设有油-有机工质分离器6。在油-有机工质分离器6中使有机朗肯循环系统中的润滑油和高压液态的有机工质进行分离。所述的风冷冷凝器13的管内壁上设有超疏油涂层。