內(nèi)燃機蒸汽增壓余熱回收系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種內(nèi)燃機蒸汽增壓余熱回收系統(tǒng)，其技術方案為：內(nèi)燃機缸套冷卻水通過管路與溫差發(fā)電器的冷端、膨脹機、預熱器以及循環(huán)水泵依次串連構成冷卻水熱利用循環(huán)系統(tǒng)。壓氣機對空氣進氣壓縮后送入內(nèi)燃機，內(nèi)燃機排氣管與溫差發(fā)電器熱端、蒸發(fā)器氣側，依次串接構成排氣熱利用系統(tǒng)。預熱器和蒸發(fā)器的工質側、渦輪膨脹機、冷凝器工質側、以及工質泵依次串連構成有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)。壓氣機與渦輪機軸連接組成渦輪增壓器。本發(fā)明可突破有機朗肯循環(huán)對于回收源的溫度的限制，分階回收排氣和冷卻水的余熱能，實現(xiàn)余熱的高效利用。還能避免低負荷時排氣能量不足以驅動增壓系統(tǒng)的情況發(fā)生，增加了增壓系統(tǒng)有效工作的范圍，達到余熱能的高效回收目的。
【專利說明】 內(nèi)燃機蒸汽增壓余熱回收系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于內(nèi)燃機余熱利用技術，具體涉及一種內(nèi)燃機蒸汽增壓余熱回收的系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著能源日益短缺和環(huán)境問題的日益嚴峻，內(nèi)燃機的節(jié)能減排受到世人關注。利用有機朗肯循環(huán)(ORC)技術回收柴油機余熱是目前的研究熱點，ORC循環(huán)熱效率和安全性較高，結構簡單。然而其所用工質的分解溫度要求低于350°C，而內(nèi)燃機排氣溫度一般高達500?600°C。較高的溫度有可能會造成有機工質分解，這是制約ORC在高溫排氣余熱回收利用的關鍵點之一。內(nèi)燃機冷卻水的余熱溫度較低，但是其熱利用的品質和效率又比較低，所以回收難度較大。
[0003]渦輪增壓技術是改善內(nèi)燃機性能、增加內(nèi)燃機功率密度的重要技術手段，已得到廣泛的利用。但所帶來的問題是渦輪的安裝將會使內(nèi)燃機的排氣背壓升高，從而導致排氣損失變大，使內(nèi)燃機的輸出功有所下降。
[0004]針對上述情況，如果能夠提出一種分階段利用排氣余熱，并且用回收的能量來驅動內(nèi)燃機的壓氣機的系統(tǒng)，則對內(nèi)燃機節(jié)能減排技術的提高意義重大。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是，提出一種內(nèi)燃機蒸汽增壓余熱回收的系統(tǒng)，該系統(tǒng)將有機朗肯循環(huán)與溫差發(fā)電以及進氣增壓技術相結合，達到提高內(nèi)燃機余熱回收效率的目的。
[0006]以下結合附圖對本發(fā)明的原理與系統(tǒng)組成進行說明。內(nèi)燃機蒸汽增壓余熱回收系統(tǒng)，包含有溫差發(fā)電器、循環(huán)水泵、預熱器、蒸發(fā)器、散熱器、壓氣機、發(fā)電機、膨脹機、工質泵、以及內(nèi)燃機等壓氣機與渦輪機軸連接構成渦輪增壓器。所采用的技術方案為:內(nèi)燃機缸套冷卻水通過管路與溫差發(fā)電器的冷端、膨脹機、預熱器的高溫水側、以及循環(huán)水泵，依次串連構成冷卻水熱利用循環(huán)系統(tǒng)。渦輪增壓器中的壓氣機對空氣進氣壓縮后送入內(nèi)燃機進氣端，內(nèi)燃機排氣端與溫差發(fā)電器熱端、蒸發(fā)器氣側，依次串接構成排氣熱利用系統(tǒng)。預熱器的低溫工質側、蒸發(fā)器的工質側、渦輪增壓器中的渦輪機、冷凝器的工質側、以及工質泵，依次串連構成有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)。膨脹機與發(fā)電機軸連接。
[0007]內(nèi)燃機蒸汽增壓余熱回收系統(tǒng)的工作原理為:內(nèi)燃機的排氣先進入溫差發(fā)電器，利用溫差產(chǎn)生電能，降溫后的排氣又作為有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的能源驅動膨脹機。內(nèi)燃機缸套冷卻水余熱的利用，主要是對(有機朗肯循環(huán)預熱器中的)工質進行預熱。
[0008]本發(fā)明的特點及有益效果是，可以突破有機朗肯循環(huán)對于回收源的溫度的限制，分階回收廢氣和冷卻水的余熱能，實現(xiàn)余熱的高效利用。同時還能避免低負荷時排氣能量不足以驅動增壓系統(tǒng)的情況發(fā)生，增加了增壓系統(tǒng)有效工作的范圍。
【專利附圖】
【附圖說明】[0009]所示附圖是本發(fā)明系統(tǒng)的原理與結構圖。圖中的實線表示內(nèi)燃機缸套冷卻水循環(huán)；長虛線表示有機朗肯循環(huán)；點虛線表示內(nèi)燃機排氣余熱利用系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0010]以下結合附圖并通過實例對本發(fā)明的原理與系統(tǒng)做進一步說明。需要說明的是本實施例是敘述性的，而非是限定性的，不以此限定本發(fā)明的保護范圍。
[0011]內(nèi)燃機蒸汽增壓余熱回收系統(tǒng)，其系統(tǒng)組成及部件連接結構為:內(nèi)燃機I缸套冷卻水通過管路與溫差發(fā)電器2的冷端、膨脹機3、預熱器5的高溫水側、以及循環(huán)水泵6，依次串連構成冷卻水熱利用循環(huán)系統(tǒng)(圖中實線)。渦輪增壓器中的壓氣機11對空氣進氣壓縮后送入內(nèi)燃機進氣端，內(nèi)燃機排氣端與溫差發(fā)電器熱端、蒸發(fā)器7氣側，依次串接構成排氣熱利用系統(tǒng)(圖中點虛線)。預熱器的低溫工質側、蒸發(fā)器的工質側、渦輪增壓器中的渦輪機10、冷凝器9的工質側、以及工質泵8，依次串連構成有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)(圖中長虛線)。膨脹機與發(fā)電機4軸連接。本發(fā)明將內(nèi)燃機排氣作為溫差發(fā)電器的熱源；內(nèi)燃機缸套冷卻水作為溫差發(fā)電器的冷源。冷卻水熱利用循環(huán)系統(tǒng)中的工質為水；有機朗肯循環(huán)的工質為CF3CH2CHF2 (R245fa)0
[0012]內(nèi)燃機的排氣和冷卻水分別作為溫差發(fā)電裝置的熱源和冷源驅動溫差發(fā)電器發(fā)電。冷卻水在溫差發(fā)電器中吸熱后成為水蒸氣，驅動膨脹機并帶動發(fā)電機發(fā)電。水蒸氣做功后的乏汽進入朗肯循環(huán)中的預熱器，對工質泵輸出的工質進行加熱后，經(jīng)循環(huán)水泵后回到內(nèi)燃機，完成熱力循環(huán)。內(nèi)燃機的排氣經(jīng)與溫差發(fā)電器換熱后溫度下降，然后進入朗肯循環(huán)的蒸發(fā)器，對(從預熱器中經(jīng)過加熱的)工質繼續(xù)加熱使之成為高溫蒸汽。高溫蒸汽驅動渦輪機膨脹做功，乏汽通過冷凝器凝結經(jīng)工質泵回到預熱器完成循環(huán)。渦輪機所做的功用于驅動壓氣機對內(nèi)燃機的進氣增壓。由此實現(xiàn)分階段利用內(nèi)燃機排氣和冷卻水中的熱量的目的。
【權利要求】
1.內(nèi)燃機蒸汽增壓余熱回收系統(tǒng)，具有內(nèi)燃機、溫差發(fā)電器、膨脹機、發(fā)電機、預熱器、工質泵、蒸發(fā)器、循環(huán)水泵、冷凝器，壓氣機與渦輪機軸連接構成渦輪增壓器，其特征為:內(nèi)燃機(I)缸套冷卻水通過管路與溫差發(fā)電器(2)的冷端、膨脹機(3)、預熱器(5)的高溫水偵U、以及循環(huán)水泵(6)，依次串連構成冷卻水熱利用循環(huán)系統(tǒng)，渦輪增壓器中的壓氣機(11)對空氣進氣壓縮后送入內(nèi)燃機(I)進氣端，內(nèi)燃機排氣端與溫差發(fā)電器(2)熱端、蒸發(fā)器(7)氣側，依次串接構成排氣熱利用系統(tǒng)；預熱器的低溫工質側、蒸發(fā)器的工質側、渦輪增壓器中的渦輪機(10)、冷凝器(9)的工質側、以及工質泵(8)，依次串連構成有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)；膨脹機與發(fā)電機(4)軸連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)燃機蒸汽增壓余熱回收系統(tǒng)，其特征是內(nèi)燃機排氣作為所述溫差發(fā)電器的熱源；內(nèi)燃機缸套冷卻水作為溫差發(fā)電器的冷源。
3.根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)燃機蒸汽增壓余熱回收系統(tǒng)，其特征是所述冷卻水熱利用循環(huán)系統(tǒng)中的工質為水，所述有機朗肯循環(huán)中的工質為cf3ch2chf2。
【文檔編號】F02G5/04GK103742293SQ201310755642
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權日:2013年12月27日
【發(fā)明者】李曉寧, 舒歌群, 李團兵, 梁友才, 王軒 申請人:天津大學