一种内燃机余热利用系统的制作方法

本发明涉及能源利用技术领域，特别是涉及一种内燃机余热利用系统。

背景技术：

内燃机作为一种重要的动力机械，是一种通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机，被广泛应用于工程实际中。

内燃机在运行中，有大量的热以排气和排水的方式向外界散失。为了节约能源，通常会对排出的排气和排水含有的能量进行回收再利用，按照传统的处理方式，通常直接利用内燃机排出的排气和排水供热，而内燃机的排气余热温度较高，若直接用以供热会使很多高品位的能量得不到有效的利用就转化为低品位的能量，使得系统的效率较低。其中，效率的理解为占系统全部能量的比例，具体的，当系统由任意状态可逆的变化到与给定环境相平衡的状态时，理论上可以全部转换为任何其他能量形式的那部分能量，称为即为效率。

技术实现要素：

本发明实施例的目的是提供一种内燃机余热利用系统，以充分利用内燃机的余热的高品位能量，提高内燃机系统的效率。

本发明实施例提供了一种内燃机余热利用系统，包括内燃机、有机朗肯循环系统和第二类热泵，其中：

内燃机包括排水口和第一排气口；有机朗肯循环系统包括第一入气口、第二排气口和动力输出部；第二类热泵包括入水口和第二入气口；

内燃机的第一排气口与有机朗肯循环系统的第一入气口通过管道连接，内燃机的排水口与第二类热泵的入水口通过管道连接；有机朗肯循环系统的第二排气口与第二类热泵的第二入气口通过管道连接。

具体的，所述内燃机为发电内燃机，所述发电内燃机与第一发电机动力连接。

具体的，所述有机朗肯循环系统系统包括第一换热器、透平、回热器、第一冷凝器和第一增压泵，其中：

所述第一换热器的升温部的出口、透平、回热器的放热部、第一冷凝器、第一增压泵、回热器的吸热部和第一换热器的升温部的入口依次通过有机工质管道连接形成有机循环回路；所述第一换热器的降温部的入口与内燃机的第一排气口通过管道连接，所述第一换热器的降温部的出口与第二类热泵的第二入气口通过管道连接，所述动力输出部为透平的动力输出轴。

优选的，所述动力输出部与第二发电机动力连接。

可选的，所述有机工质包括正戊烷、环己烷、甲苯、十二烷或癸烷。

具体的，所述第二类热泵包括蒸发器、发生器、第二换热器、第二冷凝器、第二增压泵和吸收器，其中：

所述发生器的放热部的入口与有机朗肯循环系统的第二排气口通过管道连接；所述发生器的吸热部的第一出口、第二换热器的升温部、吸收器的放热部、第二换热器的降温部和发生器的吸热部的入口依次通过冷媒管道连接形成冷媒循环回路；

所述蒸发器的放热部的入口与有机朗肯循环系统的第二排气口通过管道连接；

所述发生器的吸热部的第二出口、第二冷凝器、第二增压泵、蒸发器的吸热部和吸收器的放热部通过管道连接；

所述吸收器的吸热部的入口与内燃机的排水口通过管道连接。

优选的，所述冷媒为溴化锂的水溶液。

本发明实施例中的，内燃机余热利用系统中有机朗肯循环系统和第二类热泵共同作用，内燃机产生的高温排气经机朗肯循环系统的处理，高温排气的能量一部分转换成机械能来带动外界机械，充分的利用了高温排气的高品位能量。经机朗肯循环系统处理后高温排气的温度降低形成中温排气，中温排气进入第二类热泵，进而充分利用内燃机的排气的能量。在第二类热泵中，利用上述中温排气的能量使内燃机的排水进一步升温形成具有高品位能量的蒸汽，可以进一步的利用内燃机排气的能量以及内燃机排水的能量。因此，该方案可以充分利用内燃机的余热的高品位能量，提高内燃机系统的效率。

附图说明

图1为本发明一实施例的内燃机余热利用系统的示意图；

图2为本发明另一实施例的内燃机余热利用系统的示意图；

图3为本发明又一实施例的内燃机余热利用系统的示意图。

附图标记：

01-高温排气；

02-中温排气；

03-高压中温液态有机工质；

04-高压高温气态有机工质；

05-低压中温气态有机工质；

06-低压低温气态有机工质；

07-低压低温液态有机工质；

08-高压低温液态有机工质；

09-稀溶液冷媒；

010-浓溶液冷媒；

011-水蒸汽；

012-高压液态水；

013-中温高压蒸汽；

014-排水；

015-蒸汽；

016-低温排气；

100-内燃机；

200-有机朗肯循环系统；

300-第二类热泵；

400-第一发电机；

500-第二发电机；

201-第一换热器；

202-透平；

203-回热器；

204-第一冷凝器；

205-第一增压泵；

301-蒸发器；

302-发生器；

303-第二换热器；

304-第二冷凝器；

305-第二增压泵；

306-吸收器。

具体实施方式

为了充分利用内燃机的余热的高品位能量，提高内燃机系统的效率，本发明实施例提供了一种内燃机余热利用系统。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种内燃机余热利用系统，包括内燃机100、有机朗肯循环系统200和第二类热泵300，其中：内燃机100包括排水口和第一排气口；有机朗肯循环系统200包括第一入气口、第二排气口和动力输出部；第二类热泵300包括入水口和第二入气口；内燃机100的第一排气口与有机朗肯循环系统200的第一入气口通过管道连接，内燃机100的排水口与第二类热泵300的入水口通过管道连接；有机朗肯循环系统200的第二排气口与第二类热泵300的第二入气口通过管道连接。

通常，第一类热泵也称增热型热泵，是利用少量的高温热源(如蒸汽、高温热水、可燃性气体燃烧热等)为驱动热源，产生大量的中温有用热能，即利用高温热能驱动，把低温热源的热能提高到中温，从而提高了热能的利用效率。第二类热泵也称升温型热泵，是利用大量的中温热源产生少量的高温有用热能，即利用中低温热能驱动，用大量中温热源和低温热源的热势差，制取热量少于但温度高于中温热源的热量，将部分中低热能转移到更高温位，从而提高了热源的利用品位。

该方案中，有机朗肯循环系统200吸收内燃机100的高温排气01的热能转换成机械能，并排出中温排气02；第二类热泵300吸收有机朗肯循环系统200排出的中温排气02的热能将内燃机100的排水加温形成蒸汽015，并排出低温排气016。

本发明实施例中的，内燃机余热利用系统中有机朗肯循环系统200和第二类热泵300协同作用，内燃机100产生的高温排气01经机朗肯循环系统的处理，高温排气01的能量一部分转换成机械能来带动外界机械，充分的利用了高温排气01的高品位能量。经机朗肯循环系统处理后高温排气01的温度降低形成中温排气02，中温排气02进入第二类热泵300，进而充分利用内燃机100的排气的热量。在第二类热泵300中，利用上述中温排气02的热量使内燃机100的排水014进一步升温形成具有高品位能量的蒸汽015，可以进一步的利用内燃机100的排气的热量以及内燃机100的排水014的热量。因此，该方案可以充分利用内燃机100的余热的高品位能量，提高内燃机系统的效率。

值得说明的是，本发明实施例中，换热器包括升温部和降温部，且上述升温部和降温部均具有出口和入口；回热器、蒸发器、发生器和吸收器分别包括放热部和吸热部，且上述放热部和吸热部均具有出口和入口。

请参考图2，在具体的实施例中，有机朗肯循环系统200包括第一换热器201、透平202、回热器203、第一冷凝器204和第一增压泵205，其中：第一换热器201的升温部的出口、透平202、回热器203的放热部、第一冷凝器204、第一增压泵205、回热器203的吸热部和第一换热器201的升温部的入口依次通过有机工质管道连接形成有机循环回路；第一换热器201的降温部的入口与内燃机100的第一排气口通过管道连接，第一换热器201的降温部的出口与第二类热泵的第二入气口通过管道连接，动力输出部为透平202的动力输出轴。

本实施例的技术方案中，内燃机100的高温排气01经第一换热器201的降温部释放热量为第一换热器201的升温部的高压中温液态有机工质03升温，高温排气01降温后形成中温排气02并进入第二类热泵300。在有机循环系统中，高压中温液态有机工质03经第一换热器201的升温部加温后转换成高压高温气态有机工质04，高压高温气态有机工质04进入透平202，驱动透平202转动并转换成低压中温气态有机工质05，低压中温气态有机工质05进入回热器203的放热部释放热量转换成低压低温气态有机工质06，低压低温气态有机工质06经第一冷凝器204冷却后转换成低压低温液态有机工质07，低压低温液态有机工质07经第一增压泵205增压后转换成高压低温液态有机工质08，高压低温液态有机工质08经回热器203的吸热部，吸收之前低压中温气态有机工质05在回热器203的放热部释放热量后转换成高压中温液态有机工质03，高压中温液态有机工质03进入第一换热器201的升温部进行下一次的循环。透平202包括动力输出部，当从第一换热器201的升温部排出的高压高温气态有机工质04进入透平202以后，驱动透平202转动将热能转换成机械能，使透平202带动外界机械运动，从而可以充分利用内燃机100排出的高温排气01的高品位能量。

在具体的实施例中，内燃机为发电内燃机，发电内燃机与第一发电机400动力连接。优选的，动力输出部与第二发电机500动力连接，则，在内燃机的发电系统中，内燃机的排气也可以用于发电，充分利用能源，可以提高内燃机发电系统的发电效率。

在有机朗肯循环系统200中，有机工质的具体类型不限，可以为正戊烷、环己烷、甲苯、十二烷或癸烷。

请参考图3，在具体的实施例中，第二类热泵300包括蒸发器301、发生器302、第二换热器303、第二冷凝器304、第二增压泵305和吸收器306，其中：发生器302的放热部的入口与有机朗肯循环系统200的第二排气口通过管道连接；发生器302的吸热部的第一出口、第二换热器303的升温部、吸收器306的放热部、第二换热器303的降温部和发生器302的吸热部的入口依次通过冷媒管道连接形成冷媒循环回路；蒸发器301的放热部的入口与有机朗肯循环系统200的第二排气口通过管道连接；发生器302的吸热部的第二出口、第二冷凝器304、第二增压泵305、蒸发器301的吸热部和吸收器306的放热部通过管道连接；吸收器306的吸热部的入口与内燃机100的排水口通过管道连接。

本实施例的技术方案中，从有机朗肯循环系统200排出的中温排气02一部分进入第二类热泵300的发生器302的放热部，另一部分进入第二类热泵300的蒸发器301的放热部。进入发生器302的放热部的中温排气02放热后转换成低温排气016排出，发生器302的吸热部中的稀溶液冷媒09吸收上述中温排气02释放的热量转换成浓溶液冷媒010和水蒸汽011，其中，从发生器302的吸热部的第一出口排出的浓溶液冷媒010经第二换热器303的升温部升温后，进入吸收器306的放热部，释放热量后转换成稀溶液冷媒09，稀溶液冷媒09进入第二换热器303的降温部将热量传递给升温部的浓溶液冷媒010，之后进入发生器302的吸热部进行下一次循环；从发生器302的吸热部的第二出口排出的水蒸汽011进入第二冷凝器304冷凝后经第二增压泵305加压形成高压液态水012，高压液态水012进入蒸发器301的吸热部经进入蒸发器301的放热部的有机朗肯循环系统200排出的中温排气02加温后形成中温高压蒸汽013，中温高压蒸汽013进入吸收器306的放热部与浓溶液冷媒010混合形成稀溶液冷媒09并释放热量，内燃机100的排水014进入吸收器306的吸热部吸收上述热量后转换成具有高品位能量的蒸汽015。上述内燃机100的排水014的温度较高，因此，该方案也充分的利用了内燃机100的排水014具有的热量。该系统中，中温排气02在蒸发器301的放热部中放热后转换成低温排气016排出系统。该方案实现中温排气02与排水014余热的充分利用，充分利用内燃机100的余热的高品位能量，提高内燃机系统的效率。

优选的实施例中，冷媒为溴化锂的水溶液。溴化锂的水溶液为无色液体，且无毒，溴化锂在水中的溶解度随温度的降低而降低，非常适合作为冷媒。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。