采用液态可燃有机工质的车用有机朗肯循环余热回收系统，该发明专利技术将可燃工质即作为有机朗肯循环系统的运行工质又作为发动机的燃料，将有机朗肯循环系统储液罐与汽车燃料箱合并，并有效减小冷凝器的体积，从而有效减少余热回收系统的体积和质量。该系统主要由发动机排气余热回收系统、发动机进气及燃料供给系统和控制系统组成。通过调节不同阀门的开闭，实现发动机燃料供给通道的切换和余热回收系统的起、停，可以有效地利用发动机的排气余热能量并改善发动机燃烧性能。相较于现有的技术方案，本发明专利技术具有结构紧凑、质量小、易于控制、余热能利用率较高等优点，具有较为广泛的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
采用液态可燃有机工质的车用有机朗肯循环余热回收系统
本专利技术属于节能减排领域，涉及一种采用液态可燃有机工质的车用有机朗肯循环余热回收系统。该专利技术将可燃工质即作为有机朗肯循环系统的运行工质又作为发动机的燃料，将有机朗肯循环系统储液罐与汽车燃料箱合并，并采用体积较小的冷凝器，从而有效减少余热回收系统的体积和质量。
技术介绍
从发动机的能量平衡来看，燃料燃烧总能量中只有30％-45％(柴油机)或20％-30％(汽油机)用于动力输出，而大约35％的能量通过汽车尾气排放到大气中。因此，将发动机的排气余热能高效转化再利用是提高发动机总能效率、降低燃油消耗量、减少污染物排放的有效途径。相比于混合动力、汽车轻量化、减少空气阻力和附件耗能等技术，发动机排气余热回收利用技术具有巨大的节能减排潜力。目前，发动机余热能利用技术主要集中在增压、余热制冷、余热取暖、余热发电和改良燃料燃烧性能等几个方面，而有机朗肯循环系统凭借其优越的性能受到了广泛的关注，并被应用于众多领域，是用来回收车用发动机排气余热能的一种高效、可行的方法。然而，由于汽车上的空间和运载能力有限，实现有机朗肯循环系统对车用发动机排气余热能有效回收利用，必须有效减少有机朗肯循环系统的体积和质量。
技术实现思路
本专利技术的目的是采用液态可燃有机工质作为有机朗肯循环系统的运行工质和发动机的燃料，将有机朗肯循环系统的储液罐和汽车的燃料箱合并，并通过将部分工质作为发动机燃料，减少需要冷凝的工质质量流量，有效减小冷凝器的体积。该系统主要由发动机排气余热回收系统、发动机进气及燃料供给系统和控制系统组成。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术解决方案：本专利技术所提出的车用有机朗肯循环余热回收系统，主要由发动机排气余热回收系统、发动机进气及燃料供给系统和控制系统组成。上述发动机排气余热回收系统，包括发动机、排气通路、涡轮机、蒸发器、膨胀机、发电机、储液罐、工质滤清器、工质泵、冷凝器以及工质管路。为了保证发动机在有机朗肯循环系统未运行时仍正常工作，本专利技术设计了两条燃料供给通路，一条通路中可燃有机工质直接进入混合器与压缩空气混合；另一条通路中可燃有机工质在有机朗肯循环系统中做功后进入混合器与压缩空气混合。另外，有机工质在蒸发器中与发动机排气进行换热，形成高温高压蒸气；膨胀后的工质乏气在冷凝器中与冷却水换热，冷凝为液态工质流回储液罐。上述发动机进气及燃料供给系统，包括储液罐、工质滤清器、工质泵、蒸发器、膨胀机、混合器、工质管路、空气滤清器、压缩机、中冷器以及进气管路。其中当有机朗肯循环系统运行时，可燃有机工质在有机朗肯循环系统中做功后，根据发动机的需求量，抽出部分可燃有机工质进入混合器与压缩空气混合，供给发动机燃烧。此时，可燃有机工质为气态，可以更充分与压缩空气混合改善发动机燃烧性能，且可以减少流入冷凝器的工质质量流量，减小冷凝器的体积。当有机朗肯循环系统未运行时，可燃有机工质经过工质泵后直接进入混合器与压缩空气混合，供给发动机燃烧。上述控制系统主要包括发动机排气温度传感器、发动机排气质量流量传感器、工质泵出口工质压力传感器、工质泵出口工质质量流量传感器、蒸发器出口工质温度传感器、蒸发器出口工质压力传感器、膨胀机出口工质压力传感器、膨胀机与工质压力调节器连接通路上的工质质量流量传感器、冷凝器出口冷却水温度传感器、冷凝器出口冷却水质量流量传感器、冷凝器出口工质温度传感器、冷凝器出口工质压力传感器、中冷器出口空气温度传感器、混合器入口工质温度传感器、压缩机入口进气质量流量传感器、电动阀、电磁阀、控制模块以及相应的连接线路等。其中控制模块采集系统中温度传感器、压力传感器、工质质量流量传感器的信号，经过分析处理后作出判断，并发出指令，控制电磁阀、电动阀，从而实现车用有机朗肯循环余热回收系统的稳定运行。与现有的技术方案相比，本专利技术具有如下优点：1.通过采用液态可燃有机工质即作为有机朗肯循环系统的运行工质又作为发动机的燃料，将有机朗肯循环系统储液罐与汽车燃料箱合并，有效减少余热回收系统的体积和质量。2.当车用发动机起动或排气能量较小时，不起动有机朗肯循环余热回收系统，可燃有机工质经过工质泵和压力调节器后直接进入混合器供给发动机燃烧。3.有机朗肯循环余热回收系统起动后，根据发动机的需求量，将在膨胀机中膨胀做功后的乏气的一部分供给发动机燃烧。此时，可燃有机工质处于气态可以更充分的与压缩空气混合，改善发动机的燃烧性能；此外，还可以减少进入冷凝器的工质质量流量，减小冷凝器的体积。4.控制系统可依据混合器入口可燃有机工质的温度传感器和冷凝器出口空气温度传感器的信号自动调节中冷器的冷凝强度，以保证可燃有机工质与压缩空气的混合气温度处于发动机燃料燃烧范围内。附图说明图1是采用液态可燃有机工质环乙烷的余热回收系统的示意图；图中：1、储液罐；2、工质滤清器；3、工质泵；4、膨胀阀；5、电磁阀一，8、电磁阀二，13、电磁阀三，16、电磁阀四，39、电磁阀五，40、电磁阀六；9、电动阀一，19、电动阀二，24、电动阀三，29、电动阀四；6、工质泵出口工质质量流量传感器；7、工质泵出口工质压力传感器；10、蒸发器；11、膨胀机入口工质温度传感器；12、膨胀机入口工质压力传感器；14、膨胀机；15、发电机；17、膨胀机出口工质压力传感器；18、膨胀机与工质压力调节器连接的支路上工质质量流量传感器；20、工质压力调节器；21、混合器入口工质温度传感器；23、冷凝器出口工质压力传感器；22、冷凝器出口工质温度传感器；25、冷凝器；26、冷凝器出口冷却水温度传感器；27、冷凝器出口冷却水质量流量传感器；28、空气滤清器；30、压缩机入口进气质量流量传感器；31、压缩机；32、冷却风扇；33、中冷器；34、混合器；35、中冷器出口空气温度传感器；36、涡轮机、37、涡轮机出口发动机排气温度传感器；38、涡轮机出口发动机排气质量流量传感器；41、发动机；42、控制模块。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。采用液态可燃有机工质的车用有机朗肯循环系统主要由发动机排气余热回收系统、发动机进气及燃料供给系统和控制系统组成。上述的发动机排气余热回收系统包括：发动机(41)、储液罐(1)、工质滤清器(2)、工质泵(3)、蒸发器(10)、膨胀机(14)、发电机(15)、冷凝器(25)、涡轮机(36)。上述发动机进气及燃料供给系统包括：储液罐(1)、工质滤清器(2)、工质泵(3)、蒸发器(10)、膨胀机(14)、工质压力调节器(20)、混合器(34)、空气滤清器(28)、压缩机(31)、冷却风扇(32)、中冷器(33)。上述的控制系统包括：涡轮机出口发动机排气温度传感器(37)、涡轮机出口发动机排气质量流量传感器(38)、控制模块(42)、电磁阀一(5)、电磁阀二(8)、电磁阀三(13)、电磁阀四(16)、电磁阀五(39)、电磁阀六(40)、电动阀一(9)、电动阀二(19)、电动阀三(24)、电动阀四(29)、工质泵出口工质质量流量传感器(6)、工质泵出口工质压力传感器(7)、膨胀机入口工质温度传感器(11)、膨胀机入口工质压力传感器(12)、膨胀机出口工质压力传感器(17)、膨胀机与工质压力调节器连接的支路上工质质量流量传感器本文档来自技高网...
【技术保护点】
采用液态可燃有机工质的车用有机朗肯循环余热回收系统，其特征在于：该系统包括发动机排气余热回收系统、发动机进气及燃料供给系统和控制系统；上述的发动机排气余热回收系统包括：发动机(41)、储液罐(1)、工质滤清器(2)、工质泵(3)、蒸发器(10)、膨胀机(14)、发电机(15)、冷凝器(25)、涡轮机(36)；上述发动机进气及燃料供给系统包括：储液罐(1)、工质滤清器(2)、工质泵(3)、蒸发器(10)、膨胀机(14)、工质压力调节器(20)、混合器(34)、空气滤清器(28)、压缩机(31)、冷却风扇(32)、中冷器(33)；上述的控制系统包括：涡轮机出口发动机排气温度传感器(37)、涡轮机出口发动机排气质量流量传感器(38)、控制模块(42)、电磁阀一(5)、电磁阀二(8)、电磁阀三(13)、电磁阀四(16)、电磁阀五(39)、电磁阀六(40)、电动阀一(9)、电动阀二(19)、电动阀三(24)、电动阀四(29)、工质泵出口工质质量流量传感器(6)、工质泵出口工质压力传感器(7)、膨胀机入口工质温度传感器(11)、膨胀机入口工质压力传感器(12)、膨胀机出口工质压力传感器(17)、膨胀机与工质压力调节器连接的支路上工质质量流量传感器(18)、混合器入口工质温度传感器(21)、冷凝器出口工质压力传感器(23)、冷凝器出口工质温度传感器(22)、冷凝器出口冷却水温度传感器(26)、冷凝器出口冷却水质量流量传感器(27)、压缩机入口进气质量流量传感器(30)、中冷器出口空气温度传感器(35)；上述采用液态可燃有机工质的车用有机朗肯循环余热回收系统内各部件的连接关系是：发动机排气余热回收系统各部件的连接关系是：发动机(41)排气经排气通路依次进入涡轮机(36)和蒸发器(10)；蒸发器(10)、膨胀机(14)、冷凝器(25)、储液罐(1)、工质滤清器(2)以及工质泵(3)首尾相连；发动机进气及燃料供给系统各部件的连接关系是：燃料供给系统是由储液罐(1)、工质滤清器(2)、工质泵(3)、蒸发器(10)、膨胀机(14)、冷凝器(25)、工质压力调节器(20)、混合器(34)依次相连，进气系统是由空气滤清器(28)、压缩机(31)、中冷器(33)、混合器(34)依次相连，此外有一条通路连接工质泵(3)与工质压力调节器(20)；控制系统各部件的连接关系是：发动机排气温度传感器(37)和发动机排气质量流量传感器(38)一端并列设置在涡轮机(36)与蒸发器(10)连接的排气通路上，另一端与控制模块(42)相连；发动机进气质量流量传感器(30)一端空气滤清器(28)与压缩机(31)的进气通路上，另一端与控制模块(42)相连；工质泵出口工质质量流量传感器(6)和工质泵出口工质压力传感器(7)一端并列设置在工质泵出口的有机工质通路上，另一端与控制模块(42)相连；电磁阀一(5)、电磁阀二(8)、电磁阀三(13)、电磁阀四(16)、电磁阀五(39)、电磁阀六(40)、电动阀一(9)、电动阀二(19)、电动阀三(24)、电动阀四(29)与控制模块(42)以及相应的连接线路相连；冷凝器出口冷却水温度传感器(26)和冷凝器出口冷却水质量流量传感器(27)一端并列设置在冷凝器(25)冷却水出口处，另一端与控制模块(42)相连；冷凝器出口工质温度传感器(22)和冷凝器出口工质压力传感器(23)一端并列设置在冷凝器(25)工质出口处，另一端与控制模块(42)相连；膨胀机入口处工质压力传感器(12)和膨胀机入口处工质温度传感器(11)一端并列设置在膨胀机(14)工质入口处，另一端与控制模块(42)相连；膨胀机出口工质压力传感器(17)一端设置在膨胀机(14)工质出口处，另一端与控制模块(42)相连；膨胀机与工质压力调节器连接支路上的工质质量流量传感器(18)一端设置在膨胀机(14)与工质压力调节器(20)连接支路上，另一端与控制模块(42)相连；工质泵出口的工质质量流量传感器(6)一端设置在工质泵(3)工质出口处，另一端与控制模块(42)相连；压缩机入口的进气质量流量传感器(30)一端设置在压缩机(31)的空气入口处，另一端与控制模块(42)相连；电磁阀一(5)的一端设置在工质泵(3)与储液罐(1)之间，另一端与控制模块(42)相连；电磁阀二(8)的一端设置在工质泵(3)与蒸发器(10)之间，另一端与控制模块(42)相连；电磁阀三(13)的一端设置在膨胀机(14)与蒸发器(10)之间，另一端与控制模块(42)相连；电磁阀四(16)的一端设置在蒸发器(10)与冷凝器(25)连接的支路上，另一端与控制模块(42)相连；电磁阀五(39)的一端设置在涡轮机(36)与外界的通路上，另一端与控制模块(42)相连；电磁阀六(40)的一端设置在蒸发器(10)与涡轮机(36)之间，另一...
【技术特征摘要】
1.采用液态可燃有机工质的车用有机朗肯循环余热回收系统，其特征在于：该系统包括发动机排气余热回收系统、发动机进气及燃料供给系统和控制系统；上述的发动机排气余热回收系统包括：发动机(41)、储液罐(1)、工质滤清器(2)、工质泵(3)、蒸发器(10)、膨胀机(14)、发电机(15)、冷凝器(25)、涡轮机(36)；上述发动机进气及燃料供给系统包括：储液罐(1)、工质滤清器(2)、工质泵(3)、蒸发器(10)、膨胀机(14)、工质压力调节器(20)、混合器(34)、空气滤清器(28)、压缩机(31)、冷却风扇(32)、中冷器(33)；上述的控制系统包括：涡轮机出口发动机排气温度传感器(37)、涡轮机出口发动机排气质量流量传感器(38)、控制模块(42)、电磁阀一(5)、电磁阀二(8)、电磁阀三(13)、电磁阀四(16)、电磁阀五(39)、电磁阀六(40)、电动阀一(9)、电动阀二(19)、电动阀三(24)、电动阀四(29)、工质泵出口工质质量流量传感器(6)、工质泵出口工质压力传感器(7)、膨胀机入口工质温度传感器(11)、膨胀机入口工质压力传感器(12)、膨胀机出口工质压力传感器(17)、膨胀机与工质压力调节器连接的支路上工质质量流量传感器(18)、混合器入口工质温度传感器(21)、冷凝器出口工质压力传感器(23)、冷凝器出口工质温度传感器(22)、冷凝器出口冷却水温度传感器(26)、冷凝器出口冷却水质量流量传感器(27)、压缩机入口进气质量流量传感器(30)、中冷器出口空气温度传感器(35)；上述采用液态可燃有机工质的车用有机朗肯循环余热回收系统内各部件的连接关系是：发动机排气余热回收系统各部件的连接关系是：发动机(41)排气经排气通路依次进入涡轮机(36)和蒸发器(10)；蒸发器(10)、膨胀机(14)、冷凝器(25)、储液罐(1)、工质滤清器(2)以及工质泵(3)首尾相连；发动机进气及燃料供给系统各部件的连接关系是：燃料供给系统是由储液罐(1)、工质滤清器(2)、工质泵(3)、蒸发器(10)、膨胀机(14)、冷凝器(25)、工质压力调节器(20)、混合器(34)依次相连，进气系统是由空气滤清器(28)、压缩机(31)、中冷器(33)、混合器(34)依次相连，此外有一条通路连接工质泵(3)与工质压力调节器(20)；控制系统各部件的连接关系是：发动机排气温度传感器(37)和发动机排气质量流量传感器(38)一端并列设置在涡轮机(36)与蒸发器(10)连接的排气通路上，另一端与控制模块(42)相连；发动机进气质量流量传感器(30)一端空气滤清器(28)与压缩机(31)的进气通路上，另一端与控制模块(42)相连；工质泵出口工质质量流量传感器(6)和工质泵出口工质压力传感器(7)一端并列设置在工质泵出口的有机工质通路上，另一端与控制模块(42)相连；电磁阀一(5)、电磁阀二(8)、电磁阀三(13)、电磁阀四(16)、电磁阀五(39)、电磁阀六(40)、电动阀一(9)、电动阀二(19)、电动阀三(24)、电动阀四(29)与控制模块(42)以及相应的连接线路相连；冷凝器出口冷却水温度传感器(26)和冷凝器出口冷却水质量流量传感器(27)一端并列设置在冷凝器(25)冷却水出口处，另一端与控制模块(42)相连；冷凝器出口工质温度传感器(22)和冷凝器出口工质压力传感器(23)一端并列设置在冷凝器(25)工质出口处，另一端与控制模块(42)相连；膨胀机入口处工质压力传感器(12)和膨胀机入口处工质温度传感器(11)一端并列设置在膨胀机(14)工质入口处，另一端与控制模块(42)相连；膨胀机出口工质压力传感器(17)一端设置在膨胀机(14)工质出口处，另一端与控制模块(42)相连；膨胀机与工质压力调节器连接支路上的工质质量流量传感器(18)一端设置在膨胀机(14)与工质压力调节器(20)连接支路上，另一端与控制模块(42)相连；工质泵出口的工质质量流量传感器(6)一端设置在工质泵(3)工质出口处，另一端与控制模块(42)相连；压缩机入口的进气质量...
【专利技术属性】
技术研发人员：张红光，王宏进，杨富斌，宋松松，常莹，贝晨，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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