空间回热有机朗肯循环余能回收系统及控制策略技术方案

本发明专利技术涉及一种空间回热有机朗肯循环余能回收系统及控制策略，主要由可变膨胀比热功转换子系统、空间回热子系统和控制单元组成；本系统引入可变膨胀比的旋转叶片式膨胀机，通过膨胀比调节器调节旋转叶片式膨胀机的膨胀比，使变工况状态下的高温高压有机工质均能够在旋转叶片式膨胀机中充分膨胀，输出最大功率；通过引入空间换热器来实现对乏气热能的回收，旋转叶片式膨胀机排出的乏气和经过冷凝器的冷工质在空间回热器内充分接触换热，乏气急闪冷凝而液化，从而实现对乏气热能最大程度回收；本发明专利技术所述系统结构简单，能够较大程度上提升车用内燃机余能的回收效率。

【技术实现步骤摘要】
空间回热有机朗肯循环余能回收系统及控制策略
本专利技术属于车用内燃机排气能量回收
，具体涉及开发一种空间回热有机朗肯循环余能回收系统及控制策略。
技术介绍
随着石化能源被不断消耗，能源危机日趋严重，国内外学者掀起了以高效节能、低污染为目的，以余热回收再利用为途径的研究热潮。车用内燃机热效率较低，其中大部分热量通过汽车尾气、内燃机冷却水等方式发散出去。而针对于车用内燃机尾气余热回收利用的研究对于节能减排这一世界性重大需求具有重要意义。有机朗肯循环以其结构简单、安全性高、技术成熟和针对车用内燃机尾气等低品质热能回收效率较高等优点已成为节能领域的重点研究对象。传统有机朗肯循环中从蒸发器排出的高温高压过热工质不能够在膨胀机内充分膨胀，导致从膨胀机排出的有机工质乏气还存在大量的热能，现阶段对乏气热能的利用多体现在再热循环、回热循环等方式，但这些方式都是以换热器为主要换热方式，回收乏气热能效率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种空间回热有机朗肯循环余能回收系统及控制策略，本系统引入可变膨胀比的旋转叶片式膨胀机，通过膨胀比调节器调节旋转叶片式膨胀机的膨胀比使变工况状态下的高温高压有机工质均能够在旋转叶片式膨胀机中充分膨胀，输出最大功率；通过引入空间换热器来实现对乏气热能的回收，旋转叶片式膨胀机排出的乏气和经过冷凝器的冷工质在空间回热器内充分接触换热，乏气急闪冷凝而液化，从而实现对乏气热能最大程度回收；本专利技术所述系统结构简单，能够较大程度上提升车用内燃机余能的回收效率。本专利技术由控制单元28、可变膨胀比热功转换子系统Ⅰ、空间回热子系统Ⅱ组成；其中，控制单元28分别与可变膨胀比热功转换子系统Ⅰ、空间回热子系统Ⅱ连接；可变膨胀比热功转换子系统Ⅰ中的变频泵1分别与空间回热子系统Ⅱ中的压力调节阀13、空间回热器19和工质罐出口单向阀27连接；可变膨胀比热功转换子系统Ⅰ中的旋转叶片式膨胀机8与空间回热子系统Ⅱ中的空间回热器乏气喷射器22连接。可变膨胀比热功转换子系统Ⅰ由变频泵1、蒸发器工质流量控制阀2、温度压力传感器Ⅰ3、蒸发器4、温度压力传感器Ⅱ5、旋转叶片式膨胀机工质流量控制阀6、温度压力传感器Ⅲ7、旋转叶片式膨胀机8、膨胀比调节器9、发动机排气管10、组合传感器Ⅰ11、组合传感器Ⅱ12组成；其中，变频泵1、蒸发器工质流量控制阀2、蒸发器4、旋转叶片式膨胀机工质流量控制阀6、旋转叶片式膨胀机8串联连接；发动机排气管10出口端与蒸发器4排气入口端连接；膨胀比调节器9与旋转叶片式膨胀机8连接；温度压力传感器Ⅰ3、温度压力传感器Ⅱ5分别置于蒸发器4工质入口端和出口端；温度压力传感器Ⅲ7置于旋转叶片式膨胀机8工质入口端；组合传感器Ⅰ11、组合传感器Ⅱ12分别置于蒸发器4排气入口端和出口端；变频泵1入口端分别与空间回热子系统Ⅱ中的工质罐出口单向阀27出口端和空间回热器19出口端连接，变频泵1出口端与空间回热子系统Ⅱ中的压力调节阀13入口端连接；旋转叶片式膨胀机8出口端与空间回热子系统Ⅱ中的空间回热器乏气喷射器22入口端连接；可变膨胀比热功转换子系统Ⅰ与控制单元28连接。空间回热子系统Ⅱ由压力调节阀13、冷凝器14、温度压力传感器Ⅳ15、温度压力传感器Ⅴ16、空间回热器冷工质流量控制阀17、空间回热器冷工质喷射器18、空间回热器19、空间回热器液位传感器20、温度压力传感器Ⅵ21、空间回热器乏气喷射器22、温度压力传感器Ⅶ23、温度压力传感器Ⅷ24、工质罐入口流量控制阀25、工质罐26、工质罐出口单向阀27组成；其中，压力调节阀13入口端与可变膨胀比热功转换子系统Ⅰ中的变频泵1出口端连接，压力调节阀13出口端与冷凝器14工质入口端连接；冷凝器14工质出口端分为两路，分别与工质罐入口流量控制阀25入口端和空间回热器冷工质流量控制阀17入口端连接；工质罐入口流量控制阀25、工质罐26、工质罐出口单向阀27串联连接；工质罐出口单向阀27出口端与可变膨胀比热功转换子系统Ⅰ中的变频泵1入口端连接；空间回热器冷工质流量控制阀17出口端与空间回热器冷工质喷射器18入口端连接；空间回热器冷工质喷射器18出口端和空间回热器乏气喷射器22出口端与空间回热器19连接；空间回热器19出口端与可变膨胀比热功转换子系统Ⅰ中的变频泵1入口端连接；空间回热器乏气喷射器22入口端与可变膨胀比热功转换子系统Ⅰ中的旋转叶片式膨胀机8出口端连接；温度压力传感器Ⅳ15置于冷凝器14上；温度压力传感器Ⅴ16置于空间回热器冷工质流量控制阀17入口端；空间回热器液位传感器20和温度压力传感器Ⅵ21置于空间回热器19上；温度压力传感器Ⅶ23置于空间回热器乏气喷射器22入口端；温度压力传感器Ⅷ24置于空间回热器19出口端；空间回热子系统Ⅱ与控制单元28连接。基于上述的空间回热有机朗肯循环余能回收系统的控制策略，包括以下步骤：a.控制单元28根据组合传感器Ⅰ11、组合传感器Ⅱ12测得蒸发器4尾气进出口尾气状态，结合蒸发器4换热效率可以得出有机工质和发动机尾气换热量；由夹点温度确定蒸发器4工质出口工质温度，根据温度压力传感器Ⅰ3、温度压力传感器Ⅱ5测得蒸发器4工质进出口工质状态，由此确定在蒸发器4换热效率最高时工质流量，通过蒸发器工质流量控制阀2调节蒸发器4工质流量，使蒸发器保持在高的换热效率；通过膨胀比调节器9调节旋转叶片式膨胀机8的膨胀比使不同工况过热蒸气均能够在旋转叶片式膨胀机8中充分膨胀，输出最大功率；b.调节压力调节阀13的设定压力，保证经过冷凝器14的冷工质流量能够满足回热所需流量；当经过冷凝器14的工质流量刚好能够满足回热所需流量，关闭工质泵入口流量控制阀25；若经过冷凝器14的工质流量大于回热所需流量，则开启工质泵入口流量控制阀25，多余部分工质由工质泵入口流量控制阀25回到工质罐26中；c.旋转叶片式膨胀机8排出的乏气和经冷凝器14的冷工质分别被空间回热器乏气喷射器22、空间回热器冷工质喷射器18喷入空间回热器19中，乏气和冷工质直接接触换热，乏气急闪冷凝而液化，实现对乏气热能的回收；空间回热器19内回热后的高温液态有机工质经变频泵1后一部分用于可变膨胀比热功转换子系统Ⅰ，一部分用于空间回热子系统Ⅱ，实现循环。本专利技术的原理是：发动机排放的尾气和有机工质在蒸发器中进行换热，使有机工质形成高温高压的过热蒸气，通过调节有机工质的流量，以保证蒸发器始终保持较高的换热效率，此时过热蒸气保持在旋转叶片式膨胀机所需的最佳热源状态；高温高压的过热蒸气进入旋转叶片式膨胀机中推动叶片做功，通过膨胀比调节器调节旋转叶片式膨胀机的膨胀比，从而使不同工况下的过热蒸气均能够在旋转叶片式膨胀机中充分膨胀，输出最大功率；通过调节压力调节阀的设定压力，保证对空间回热器内冷工质的供应；空间回热器乏气喷射器喷入空间回热器内的乏气与空间回热器冷工质喷射器喷入空间回热器中的冷工质以及空间回热器内残余液体工质充分接触换热，乏气急闪冷凝而液化，完成对乏气热能最大程度的回收，实现有机朗肯循环的高效能，空间回热器内回热后的高温液态有机工质经变频泵后一部分用于可变膨胀比热功转换子系统，一部分用于空间回热子系统，实现循环。本专利技术的工作过程是：控制单元28根据组合传感器Ⅱ12测得蒸发器4尾气出口端尾气的温度，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间回热有机朗肯循环余能回收系统，其特征在于：主要由控制单元(28)、可变膨胀比热功转换子系统(Ⅰ)、空间回热子系统(Ⅱ)组成；其中，控制单元(28)分别与可变膨胀比热功转换子系统(Ⅰ)、空间回热子系统(Ⅱ)连接；可变膨胀比热功转换子系统(Ⅰ)中的变频泵(1)分别与空间回热子系统(Ⅱ)中的压力调节阀(13)、空间回热器(19)和工质罐出口单向阀(27)连接；可变膨胀比热工转换子系统(Ⅰ)中的旋转叶片式膨胀机(8)与空间回热子系统(Ⅱ)中的空间回热器乏气喷射器(22)连接。

【技术特征摘要】
1.一种空间回热有机朗肯循环余能回收系统，其特征在于：主要由控制单元(28)、可变膨胀比热功转换子系统(Ⅰ)、空间回热子系统(Ⅱ)组成；其中，控制单元(28)分别与可变膨胀比热功转换子系统(Ⅰ)、空间回热子系统(Ⅱ)连接；可变膨胀比热功转换子系统(Ⅰ)中的变频泵(1)分别与空间回热子系统(Ⅱ)中的压力调节阀(13)、空间回热器(19)和工质罐出口单向阀(27)连接；可变膨胀比热工转换子系统(Ⅰ)中的旋转叶片式膨胀机(8)与空间回热子系统(Ⅱ)中的空间回热器乏气喷射器(22)连接。2.根据权利要求书1所述的空间回热有机朗肯循环余能回收系统，其特征在于可变膨胀比热功转换子系统(Ⅰ)由变频泵(1)、蒸发器工质流量控制阀(2)、温度压力传感器Ⅰ(3)、蒸发器(4)、温度压力传感器Ⅱ(5)、旋转叶片式膨胀机工质流量控制阀(6)、温度压力传感器Ⅲ(7)、旋转叶片式膨胀机(8)、膨胀比调节器(9)、发动机排气管(10)、组合传感器Ⅰ(11)、组合传感器Ⅱ(12)组成；其中，变频泵(1)、蒸发器工质流量控制阀(2)、蒸发器(4)、旋转叶片式膨胀机工质流量控制阀(6)、旋转叶片式膨胀机(8)串联连接；发动机排气管(10)出口端与蒸发器(4)排气入口端连接；膨胀比调节器(9)与旋转叶片式膨胀机(8)连接；温度压力传感器Ⅰ(3)、温度压力传感器Ⅱ(5)分别置于蒸发器(4)工质入口端和出口端；温度压力传感器Ⅲ(7)置于旋转叶片式膨胀机(8)工质入口端；组合传感器Ⅰ(11)、组合传感器Ⅱ(12)分别置于蒸发器(4)排气入口端和出口端；变频泵(1)入口端分别与空间回热子系统(Ⅱ)中的工质罐出口单向阀(27)出口端和空间回热器(19)出口端连接，变频泵(1)出口端与空间回热子系统(Ⅱ)中的压力调节阀(13)入口端连接；旋转叶片式膨胀机(8)出口端与空间回热子系统(Ⅱ)中的空间回热器乏气喷射器(22)入口端连接；可变膨胀比热功转换子系统(Ⅰ)与控制单元(28)连接。3.根据权利要求书1所述的空间回热有机朗肯循环余能回收系统，其特征在于空间回热子系统(Ⅱ)由压力调节阀(13)、冷凝器(14)、温度压力传感器Ⅳ(15)、温度压力传感器Ⅴ(16)、空间回热器冷工质流量控制阀(17)、空间回热器冷工质喷射器(18)、空间回热器(19)、空间回热器液位传感器(20)、温度压力传感器Ⅵ(21)、空间回热器乏气喷射器(22)、温度压力传感器Ⅶ(23)、温度压力传感器Ⅷ(24)、工质罐入口流量控制阀(25)、工质罐(26)、工质罐出口单向阀(27)组成；其中，压力调节阀(13)入口端与可变膨胀比热功转换子系统(Ⅰ)中的变频泵(1)出口端连接，压力调节阀(13)出口端与冷凝器(14)工质入口端连接；冷凝器(14)工质出口端分为两...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，刘忠长，韩永强，陈若龙，闫嘉瑶，谭满志，张一鸣，李润钊，张成良，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22