超臨界蓄熱式有機(jī)朗肯循環(huán)尾氣余熱綜合利用裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于有機(jī)朗肯循環(huán)低品質(zhì)能源利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及開(kāi)發(fā)一種超臨界蓄熱式有機(jī)朗肯循環(huán)尾氣余熱綜合利用裝置，達(dá)到穩(wěn)定發(fā)動(dòng)機(jī)后處理器入口溫度和提高能源利用率的有益效果。
【背景技術(shù)】
[0002]低溫?zé)嵩词侵钙肺幌鄬?duì)較低的熱能，一般溫度低于200°C。這些能源種類繁多，包括太陽(yáng)能、各種工業(yè)余(廢)熱、地?zé)?、生物質(zhì)能、海洋溫差能等可再生能源。這些資源總量巨大，以工業(yè)廢熱為例，人類所利用的熱能中有50%最終以低品位廢熱的形式直接排放。利用和回收這部分能源，既有助于解決我國(guó)能源問(wèn)題，又能減少能源生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)境污染。發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱中的能量也是主要的廢熱來(lái)源，合理利用這些廢熱具有將發(fā)動(dòng)機(jī)整體熱效率提高10%的潛力。
[0003]有機(jī)朗肯循環(huán)能很好的實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，它可以利用有機(jī)工質(zhì)將低溫余熱回收后進(jìn)行發(fā)電，該系統(tǒng)還減少了常規(guī)能源利用過(guò)程中C02、NOx, 502的排放，同時(shí)提高了能源的總利用率。有機(jī)朗肯循環(huán)特指使用R113、R245fa、正戊烷等低沸點(diǎn)有機(jī)物作為工質(zhì)的朗肯循環(huán)，被廣泛運(yùn)用在工業(yè)廢熱回收、太陽(yáng)熱能發(fā)電、生質(zhì)能燃燒發(fā)電上。與水蒸氣朗肯循環(huán)相比，系統(tǒng)中所采用的有機(jī)物工質(zhì)能夠在低溫下蒸發(fā)并達(dá)到較高的壓力，利用空氣或水將做功后乏汽冷凝至常溫，使得系統(tǒng)的高溫端和低溫端建立較高壓差，獲得較高的熱效率。因此，在低品位熱能的回收利用中，有機(jī)朗肯循環(huán)顯示出更高的優(yōu)越性。
[0004]隨著排放法規(guī)的日趨嚴(yán)格，汽車要滿足國(guó)IV以上排放法規(guī)，除了采取機(jī)內(nèi)凈化措施還需要加裝后處理裝置實(shí)現(xiàn)機(jī)外凈化。發(fā)動(dòng)機(jī)的后處理裝置特別是催化型的后處理裝置對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排溫有極為嚴(yán)格的要求，僅在一定的排氣溫度范圍內(nèi)有較高的凈化效率，例如柴油機(jī)氧化催化反應(yīng)器的工作溫度范圍為200°C?350°C;在其余溫度范圍后處理器的凈化效率大幅降低，而柴油機(jī)的排氣溫度范圍為150°C?650°C，變化范圍較寬，難以滿足后處理器對(duì)排溫的要求，因此后處理器凈化效率大幅下降并且縮短工作壽命。
[0005]車用內(nèi)燃機(jī)經(jīng)常處于瞬態(tài)工況，相應(yīng)的其尾氣熱狀態(tài)也處于瞬變狀態(tài)。車用內(nèi)燃機(jī)尾氣熱狀態(tài)的固有的瞬變性帶來(lái)兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題:1)、由有機(jī)朗肯循環(huán)余熱回收系統(tǒng)與熱源的匹配的敏感性引起的余熱機(jī)械能利用方式低效化和控制的復(fù)雜化；2)、由后處理入口溫度適宜窗口窄、與實(shí)時(shí)排溫不匹配引起的有害物轉(zhuǎn)化率低及尾氣余熱利用率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型提供一種超臨界蓄熱式有機(jī)朗肯循環(huán)尾氣余熱綜合利用裝置，該裝置以有機(jī)朗肯循環(huán)為依據(jù)，充分利用工質(zhì)吸收的熱量，一方面利用有機(jī)朗肯循環(huán)中的超臨界蓄熱器21把后處理器15進(jìn)口端排氣溫度穩(wěn)定在預(yù)先設(shè)定范圍內(nèi)，使后處理器15始終保持較高的凈化效率，從而達(dá)到降低污染物排放的有益效果；另一方面利用有機(jī)朗肯循環(huán)將尾氣的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而且改進(jìn)了有機(jī)朗肯循環(huán)的實(shí)施方式，使得工質(zhì)的汽化潛熱得到充分利用，提高了熱功轉(zhuǎn)換效率，從而達(dá)到低品質(zhì)能源利用和節(jié)約能源的有益效果。本實(shí)用新型達(dá)到將尾氣余熱利用方式由單一機(jī)械能利用擴(kuò)展至機(jī)械能輸出和后處理器入口溫度控制熱利用這兩個(gè)方面的有益效果。
[0007]本實(shí)用新型由溫度傳感器I 1、壓力傳感器I 2、冷凝器3、工質(zhì)儲(chǔ)存罐4、工質(zhì)泵5、三通接頭I 6、工質(zhì)噴射電磁閥I 7、工質(zhì)噴嘴I 8、電磁閥I 9、工質(zhì)噴嘴II 10、膨脹機(jī)11、壓力傳感器II 12、溫度傳感器II 13、預(yù)熱器14、后處理器15、三通接頭II 16、流量控制閥17、溫度傳感器III18、壓力傳感器III19、溫度傳感器IV 20、超臨界蓄熱器21、電磁閥II 22、排氣管23、過(guò)熱蒸發(fā)器24、溫度傳感器V 25、發(fā)動(dòng)機(jī)26、工質(zhì)流通管道27、溫度傳感器VI 28、壓力傳感器IV 29、電磁閥III 30、電磁閥IV 31、三通接頭III 32、控制單元33、工質(zhì)噴射電磁閥
II34、溫度傳感器VE 35和壓力傳感器V 36組成。
[0008]本實(shí)用新型提供一種超臨界蓄熱式有機(jī)朗肯循環(huán)尾氣余熱綜合利用裝置，其中膨脹機(jī)11與電磁閥I 9相通；所述的電磁閥I 9和冷凝器3連接；其中溫度傳感器I I和壓力傳感器I 2安裝在冷凝器3上；所述的冷凝器3、工質(zhì)儲(chǔ)存罐4與工質(zhì)泵5串聯(lián)連接；所述的工質(zhì)泵5通過(guò)三通接頭I 6分別與工質(zhì)噴射電磁閥I 7、預(yù)熱器14連接；工質(zhì)噴射電磁閥I 7與工質(zhì)噴嘴I 8連接；三通接頭I 6、預(yù)熱器14和三通接頭II 16串聯(lián)連接，其中壓力傳感器II 12和溫度傳感器II 13安裝在預(yù)熱器14上；三通接頭II 16、電磁閥II 22、過(guò)熱蒸發(fā)器24、電磁閥IV 31和三通接頭III 32串聯(lián)連接，其中溫度傳感器VI 28和壓力傳感器IV 29安裝在過(guò)熱蒸發(fā)器24上；三通接頭II 16、流量控制閥17、超臨界蓄熱器21、電磁閥III 30和三通接頭III32串聯(lián)連接，其中溫度傳感器IV 20和壓力傳感器III19安裝在超臨界蓄熱器21上；所述的三通接頭III 32、工質(zhì)噴射電磁閥II 34和工質(zhì)噴嘴II 10串聯(lián)連接；工質(zhì)噴嘴I 8和工質(zhì)噴嘴II 10分別與膨脹機(jī)11相通；溫度傳感器VE 35和壓力傳感器V 36安裝在膨脹機(jī)11上；發(fā)動(dòng)機(jī)26、過(guò)熱蒸發(fā)器24、超臨界蓄熱器21、后處理器15和預(yù)熱器14串聯(lián)連接；溫度傳感器III 18安裝于超臨界蓄熱器21和后處理器15之間的排氣管23管段上；溫度傳感器V 25安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)26和過(guò)熱蒸發(fā)器24之間的排氣管23管段上。
[0009]本實(shí)用新型的原理是:發(fā)動(dòng)機(jī)26的排氣通過(guò)排氣管23進(jìn)入過(guò)熱蒸發(fā)器24，排氣與過(guò)熱蒸發(fā)器24中的工質(zhì)進(jìn)行換熱；排氣離開(kāi)過(guò)熱蒸發(fā)器24進(jìn)入超臨界蓄熱器21，排氣與超臨界蓄熱器21中的工質(zhì)進(jìn)行換熱；控制單元33根據(jù)溫度傳感器III 18、壓力傳感器
III19、溫度傳感器IV 20和溫度傳感器V 25的信號(hào)操縱流量控制閥17的開(kāi)度，從而控制進(jìn)入超臨界蓄熱器21的工質(zhì)流量，在超臨界蓄熱器21中工質(zhì)與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣進(jìn)行換熱，使得排氣溫度在后處理器15的入口前達(dá)到預(yù)先設(shè)定的溫度范圍，該溫度范圍由后處理器15達(dá)到較高凈化效率的排溫要求所決定，目標(biāo)是使后處理器15在發(fā)動(dòng)機(jī)26大多數(shù)工況下都能保持較高凈化效率。
[0010]發(fā)動(dòng)機(jī)26的排溫是脈動(dòng)變化的，而且變化頻繁，波動(dòng)量大，但后處理器15高效凈化尾氣污染物是有一個(gè)固定的較小的溫度范圍的，一旦排溫在該溫度范圍外，后處理器15的凈化效率會(huì)大幅下降，排放污染物得不到有效凈化就直接排向環(huán)境，同時(shí)后處理器15的可靠性和耐久性均受到影響。本實(shí)用新型根據(jù)有機(jī)朗肯循環(huán)的原理，將預(yù)熱器14布置于后處理器15后，充分吸收尾氣余熱并預(yù)熱工質(zhì)；超臨界蓄熱器21置于后處理器15上游，在不同尾氣余熱狀態(tài)下通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入超臨界蓄熱器21的工質(zhì)量、輸送至過(guò)熱蒸發(fā)器24的工質(zhì)量，使超臨界蓄熱器21內(nèi)的超臨界工質(zhì)始終保持超臨界態(tài)；超臨界蓄熱器中工質(zhì)所儲(chǔ)存的高溫?zé)崮芤环矫婵梢苑€(wěn)定ORC系統(tǒng)能量品位，另一方面也可以在尾氣溫度低于后處理高效窗口時(shí)反向加熱尾氣實(shí)現(xiàn)尾氣余熱的熱利用；膨脹機(jī)11通過(guò)改變工質(zhì)進(jìn)/出膨脹機(jī)時(shí)刻實(shí)現(xiàn)膨脹比可變可控；工質(zhì)泵5、過(guò)熱蒸發(fā)器24、冷凝器3的結(jié)構(gòu)、功能、工作過(guò)程等與傳統(tǒng)ORC系統(tǒng)相似，本實(shí)用新型利用超臨界蓄熱器21—方面穩(wěn)定ORC系統(tǒng)能量品位，提高有機(jī)朗肯循環(huán)的熱功轉(zhuǎn)換效率，從而達(dá)到低品質(zhì)能源利用的有益效果；另一方面控制柴油機(jī)后處理器15進(jìn)口端尾氣溫度使后處理器15始終處于高效凈化狀態(tài)，從而達(dá)到降低排氣污染物排放的有益效果。
[0011]超臨界蓄熱模塊的主要目標(biāo)及過(guò)程簡(jiǎn)述如下:
[0012]一、蓄熱/穩(wěn)定熱源品質(zhì):1)初始蓄熱，根據(jù)