k彡2)涡轮增压器(TJ具有第i膨胀端0?)和第i压缩端(TQ)，第i膨胀端0?)利用源自内燃机(30)的对应气缸(301)的排气门(3011)排出的废气的动力能对输入第i压缩端(TCJ中的供给空气进行压缩并输出压缩空气； k个换热器(HE^ HE2、……、HEk)，其中第i换热器(HEJ连通第i涡轮增压器(TJ的第i压缩端(TQ); 有机工质栗(101)，连通外部的有机工质储液罐，k个换热器(HEpHEp……、HEk)设置在有机工质栗(101)的下游并受控连通有机工质栗(101); 膨胀机(102)，设置在全部k个换热器(HEpHEp……、HEk)的下游并受控连通k个换热器(HEpHE” ……、HEk)； 发电机(103)，受控连通外部的供电或储能装置且受控连通膨胀机(102);以及冷凝器(104)，设置在膨胀机(102)的下游并受控连通膨胀机(102)且受控连通外部的工质储液罐； 其中: 第i换热器(HEJ和第i涡轮增压器(TJ形成第i涡轮增压系统(Q)，从而k个涡轮增压器……、Tk)和k个换热器(阳、冊2、……、HEk)形成k个涡轮增压系统(Q、C2、……、(；)，所述1^个涡轮增压系统((:1、(:2、……、Ck)为串联、并联或串并联混合； 有机工质栗(101)、k个换热器(HEnHE2,……、HEk)、膨胀机(102)、发电机(103)以及冷凝器(104)形成基于朗肯循环的余热回收回路(10); 基于朗肯循环的余热回收回路(10)的有机工质栗(101)从有机工质储液罐中栗出液态有机工质并受控向第i换热器(HEJ输送，第i涡轮增压系统(CJ的第i涡轮增压器(TJ的第i压缩端(TCJ将压缩空气向第i换热器0?)输送，输送到第i换热器0?)中的液态有机工质和压缩空气进行热交换，液态有机工质吸热并蒸发为气态有机工质，随后气态有机工质进入膨胀机(102)、驱动膨胀机(102)做功而驱动发电机(103)向外部供电装置或储能装置输出电能，膨胀机(102)做功后的乏气进入冷凝器(104)并冷却成液态且输送到有机工质储液罐；而压缩空气放热并降温，且降温的压缩空气经由第i换热器(HEJ输出，以供内燃机(30)使用； 其中: k = 3，3个涡轮增压系统(Q、C2、C3)为串并联混合的第1涡轮增压系统(CJ、第2涡轮增压系统(C2)以及第3涡轮增压系统(C3)，第3涡轮增压系统(C3)与并联的第1涡轮增压系统(Q)和第2涡轮增压系统(C2)进行串联； 在第1涡轮增压系统(CJ中，第1涡轮增压器(?\)的第1压缩端(TQ)连通作为供给空气的外部空气，第1换热器(HEJ的一端连通第1涡轮增压器(!\)的第1压缩端(TQ); 在第2涡轮增压系统(C2)中，第2涡轮增压器(T2)的第2压缩端(TC2)连通作为供给空气的外部空气，第2换热器(HE2)的一端连通第2涡轮增压器(T2)的第2压缩端(TC2); 在第3涡轮增压系统(C3)中，第3涡轮增压器(T3)的第3膨胀端(ΤΕ3)的一侧直接连通内燃机(30)的全部气缸(301)的排气门(3011)，第3膨胀端(ΤΕ3)的另一侧经由增压用三通阀(Ρ)的控制连通第1涡轮增压器(?\)的第1膨胀端(ΤΕ^和第2涡轮增压器(T2)的第2膨胀端(TE2)，第3换热器(HE3)的一端连通第3涡轮增压器(T3)的第3压缩端(TC3)而第3换热器(HE3)的另一端连通内燃机(30)的全部气缸(301)的进气门(3012); 在基于朗肯循环的余热回收回路(10)中，第1换热器0?)经由第1截止阀(VD受控连通膨胀机(102)，第2换热器(HE2)经由第2截止阀(V2)受控连通膨胀机(102)，第3换热器(HE3)经由第3截止阀(V3)受控连通膨胀机(102)，第1换热器(HE》经由第1控制阀(V’:)和分液器(F)受控连通有机工质栗(101)，第2换热器(HE2)经由第2控制阀(V’2)和分液器(F)受控连通有机工质栗(101)，第3换热器(HE3)经由第3控制阀(V’ 3)和分液器(F)受控连通有机工质栗(101); 其中， 当第1膨胀端(ΤΕ^通过增压用三通阀(P)的控制连通第3膨胀端(TE3)时，第1膨胀端0?)基于利用来自第3膨胀端(TE3)的废气的动力能对输入第1压缩端(TQ)中的外部空气进行一次压缩并输出一次压缩空气，第1换热器0?)接收一次压缩空气，液态有机工质经由分液器(F)和第1控制阀(V’ J的控制进入第1换热器0?)，一次压缩空气与液态有机工质换热，以使一次压缩空气放热降温并使液态有机工质吸热蒸发为气态有机工质，第1换热器0?)经由第1截止阀(VJ将气态有机工质输出至膨胀机(102)，且第1换热器(HEJ将放热降温后的一次压缩空气作为供给空气输入至第3涡轮增压器(T3)的第3压缩端(TC3)，第3膨胀端(TE3)利用直接来自内燃机(30)的全部气缸(301)的排气门(3011)排出的废气对输入第3压缩端(TC3)的一次压缩空气进行二次压缩并输出二次压缩空气，第3换热器(HE3)接收二次压缩空气，液态有机工质经由分液器(F)和第3控制阀(V’3)的控制进入第3换热器(HE3)，二次压缩空气与有机工质换热，以使二次压缩空气放热降温并使液态有机工质吸热蒸发为气态有机工质，第3换热器(HE3)经由第3截止阀(V3)将气态有机工质输出至膨胀机(102)，且第3换热器(HE3)将放热降温后的二次压缩空气输出至内燃机(30)的全部气缸(301)的进气门(3012); 当第2膨胀端(TE2)通过增压用三通阀(P)的控制连通第3膨胀端(TE3)时，第2膨胀端(TE2)基于利用来自第3膨胀端(TE3)的废气的动力能对输入第2压缩端(TC2)中的外部空气进行一次压缩并输出一次压缩空气，第2换热器(HE2)接收一次压缩空气，液态有机工质经由分液器(F)和第2控制阀(V’2)的控制进入第2换热器(HE2)，一次压缩空气与液态有机工质换热，以使一次压缩空气放热降温并使液态有机工质吸热蒸发为气态有机工质，第2换热器(HE2)经由第2截止阀(V2)将气态有机工质输出至膨胀机(102)，且第2换热器(HE2)将放热降温后的一次压缩空气作为供给空气输入至第3涡轮增压器(T3)的第3压缩端(TC3)，第3膨胀端(TE3)利用直接来自内燃机(30)的全部气缸(301)的排气门(3011)排出的废气对输入第3压缩端(TC3)的一次压缩空气进行二次压缩并输出二次压缩空气，第3换热器(HE3)接收二次压缩空气，液态有机工质经由分液器(F)和第3控制阀(V’3)的控制进入第3换热器(HE3)，二次压缩空气与有机工质换热，以使二次压缩空气放热降温并使液态有机工质吸热蒸发为气态有机工质，第3换热器(HE3)经由第3截止阀(V3)将气态有机工质输出至膨胀机(102)，且第3换热器(HE3)将放热降温后的二次压缩空气输出至内燃机(30)的全部气缸(301)的进气门(3012)。2.根据权利要求1所述的内燃机的增压余热回收系统，其特征在于，内燃机的增压余热回收系统还包括: 控制器(20)，通信连接k个涡轮增压系统(C1、C2、……、Ck)及基于朗肯循环的余热回收回路(10)。3.根据权利要求1所述的内燃机的增压余热回收系统，其特征在于，内燃机的增压余热回收系统还包括: 旁通回路(105)，一端连通膨胀机(102)的上游而另一端连通在膨胀机(102)的下游且所述另一端与冷凝器(104)连通；以及 电动阀门(106)，设置于旁通回路(105)，控制旁通回路(105)的流量。
【专利摘要】本发明提供了一种内燃机的增压余热回收系统，其包括：k个涡轮增压器，其中第i涡轮增压器具有第i膨胀端和第i压缩端，第i膨胀端利用源自内燃机的对应气缸的排气门排出的废气的动力能对输入第i压缩端中的供给空气进行压缩并输出压缩空气；k个换热器，其中第i换热器连通第i涡轮增压器的第i压缩端；有机工质泵，连通外部的有机工质储液罐，k个换热器设置在有机工质泵的下游并受控连通有机工质泵；膨胀机，设置在全部k个换热器的下游并受控连通k个换热器；发电机受控连通外部的供电或储能装置且受控连通膨胀机；以及冷凝器，设置在膨胀机的下游并受控连通膨胀机且受控连通外部的工质储液罐。本发明能提高内燃机的总能利用效率。
【IPC分类】F01K25/08, F02G5/00
【公开号】CN105240155
【申请号】CN201510707762
【发明人】张扬军, 诸葛伟林, 李志勇, 李辉, 彭杰, 王恩华, 刘芙蓉, 赵春华
【申请人】清华大学
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2014年12月30日
【公告号】CN104500265A, CN104500265B