一种用于LNG汽车发动机的余热回收系统及其回收方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于LNG汽车发动机的余热回收系统及其回收方法，解决的技术问题是如何把汽车尾气和发动机冷却液所散失的热量进行合理利用，同时利用LNG燃料的冷能，有效提高汽车燃油经济性。本发明专利技术包括回收发动机尾气和冷却液余热的有机朗肯循环系统、LNG燃料冷能利用及加热系统，有机朗肯循环系统包括导热油循环回路和有机工质循环回路，导热油循环回路包括尾气‑导热油换热器、导热油循环泵和蒸发器，蒸发器的导热油出口通过导热油循环泵与尾气‑导热油换热器的导热油进口相连，导热油出口与蒸发器的导热油进口相连。本发明专利技术把汽车尾气和冷却液所散失的热量进行合理利用，在回收利用发动机余热的同时还充分利用了LNG的冷能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于LNG汽车发动机的余热回收系统及其回收方法
本专利技术涉及LNG汽车发动机设备，具体涉及余热能利用的有机朗肯循环领域的一种用于LNG汽车发动机的余热回收系统及其回收方法。
技术介绍
液化天然气（LiquefiedNaturalGas，LNG）是天然气经过净化处理、降温至-162摄氏度以下时形成的液体。LNG的组分比气态天然气更加纯净，去除了粉尘、酸性气体、重烃等组分，无色、无味、无毒且无腐蚀性。以LNG为燃料的汽车替代柴油汽车能有效减少有害气体和颗粒物排放，与柴油发动机的公交车相比，天然气发动机的LNG公交车减少99%的一氧化碳、83%的碳氢化合物、31%的氮氧化合物排放，无颗粒物和烟尘排放，且基本不含铅、硫化物、苯等；同时LNG汽车还能有效减少噪声污染。另外，LNG公交车相对于柴油车约节省22%的燃料费用，LNG重型卡车相对于柴油重卡节省约15%的燃料费用。因此，在环保优势和经济优势的双重驱动下，LNG汽车产业迎来发展的黄金时期，尤其是LNG重型卡车和公交车将成为未来几年的发展亮点。通常汽车发动机的热效率只能达到30%左右，其余的热量不可避免地被以下几个部分消耗掉，包括发动机冷却系统(25%)、汽车排气系统(40%)和汽车的其他机械附属设备(5%)。如何把汽车尾气和冷却液所散失的热量进行合理利用，减少汽车对燃料的消耗量，同时有效降低排放，降低对环境的污染是汽车发动机发展急需解决的问题。而有机朗肯循环（ORC）系统是以有机工质作为循环工质的朗肯循环系统，是回收汽车发动机余热能的重要技术手段。然而，小型化、轻量化的ORC系统是实现LNG汽车发动机余热能回收的前提条件，高效换热手段、高效膨胀机以及优化的系统是实现ORC系统小型化、轻量化的重要手段，是ORC系统在LNG汽车发动机成功应用的重要保障。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是如何把汽车尾气和发动机冷却液所散失的热量进行合理利用，同时利用LNG燃料的冷能，从而减少汽车对燃料的消耗量，同时有效降低排放，降低对环境的污染，提供一种在回收利用发动机余热的同时还充分利用LNG所蕴含的冷能的用于LNG汽车发动机的余热回收系统及其回收方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用下述技术方案：一种用于LNG汽车发动机的余热回收系统，包括回收发动机尾气和冷却液余热的有机朗肯循环系统、LNG燃料冷能利用及加热系统，所述的有机朗肯循环系统包括导热油循环回路和有机工质循环回路，所述的导热油循环回路包括尾气-导热油换热器、导热油循环泵和蒸发器，蒸发器的导热油出口通过导热油循环泵与尾气-导热油换热器的导热油进口相连，尾气-导热油换热器的导热油出口与蒸发器的导热油进口相连；所述的有机工质循环回路包括膨胀机、回热器、风冷冷凝器、LNG-有机工质换热器、有机工质循环泵、油-有机工质分离器、预热器，所述的蒸发器的有机工质出口与膨胀机的进口相连、膨胀机的出口依次通过回热器、风冷冷凝器、LNG-有机工质换热器、有机工质循环泵、回热器后与蒸发器的有机工质进口相连。所述的LNG燃料冷能利用及加热系统包括储罐、风冷冷凝器的前置换热盘管、LNG-有机工质换热器、换热盘管和发动机，所述的储罐通过管路依次与前置换热盘管、LNG-有机工质换热器、换热盘管和发动机相连。所述的换热盘管放置于发动机润滑油池内。所述的发动机的尾气出口与尾气-导热油换热器相连。与蒸发器的有机工质出口相连的管路上设有与膨胀机并联的旁路，所述的旁路上设有电磁阀I，膨胀机两端设有电磁阀II和电磁阀III；与回热器并联的管路上设有电磁阀IV，回热器两端与膨胀机和风冷冷凝器连接的管路上分别设有电磁阀V和电磁阀VI；与蒸发器的有机工质出口相连的管路上还设有温度传感器。所述的有机工质循环泵和回热器之间还设有油-有机工质分离器。所述的油-有机工质分离器包括壳体，壳体上部设有进口、下部设有有机工质出口，壳体一侧设有油出口，壳体内部设有挡板和填料板，所述的挡板设置在进口下方，挡板一侧与壳体内壁之间留有间隙；所述的填料板倾斜设置在壳体内；所述的挡板包括横板和斜板，横板和斜板组成横“V”型板，横板右侧与壳体内壁相连、左侧与壳体内壁之间留有间隙，斜板左侧与横板相连后向右下方延伸。所述的填料板上方的壳体内还设有油液位传感器，与油出口相连的管道上设有电磁阀；所述的填料板为超疏油材料板；所述的风冷冷凝器的管内壁上设有超疏油涂层。一种用于LNG汽车发动机余热回收系统的余热回收方法，其特征在于包括以下步骤：①发动机的尾气的进入导热油循环回路的尾气-导热油换热器加热导热油；加热后导热油经过蒸发器对高压有机工质进行加热，使高压有机工质变为高温高压的过热蒸汽；②高温高压的过热蒸汽进入膨胀机中膨胀做功，膨胀做功后高温高压的过热蒸汽变成低压有机工质蒸汽，低压有机工质蒸汽进入回热器中放热后，再进入风冷冷凝器被冷却为低压液态的有机工质，然后进入LNG-有机工质换热器中进一步被冷却为低压液态有机工质；③低压液态有机工质被有机工质循环泵增压，变成高压液态有机工质；④高压液态有机工质进入发动机冷却液-有机工质预热器，吸收发动机冷却液的热量后进入回热器中吸收低压有机工质蒸汽的热量后温度进一步提高，然后进入有机工质蒸发器，被加热成为高温高压的过热蒸汽，形成有机朗肯循环回路；⑤LNG燃料通过与进入风冷冷凝器的空气换热提高温度的同时使得空气温度降低，然后在LNG-有机工质换热器中吸收有机工质的热量后进入换热盘管内，吸收发动机润滑油的热量使LNG温度进一步提高，最后喷入发动机进行燃烧。步骤①所述的在尾气-导热油换热器内导热油被加热至300~350℃，而在蒸发器中导热油的温度降低至150℃以下；步骤③高压液态有机工质经过油-有机工质分离器中将混入的润滑油分离出来后，进入发动机冷却液-有机工质预热器。本专利技术把汽车尾气和冷却液所散失的热量进行合理利用，有效提高了汽车燃油经济性，减少了汽车对燃料的消耗量，同时有效降低了排放，降低了对环境的污染。另外，LNG还蕴含有较大的冷能，在回收利用发动机余热的同时还充分利用了这部分冷能，这也是以LNG为燃料的汽车发动机与常规柴油发动机的余热回收的最大不同。附图说明图1是本专利技术LNG汽车发动机的余热回收系统结构示意图；图2是本专利技术油-有机工质分离器的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1和图2所示，一种用于LNG汽车发动机的余热回收系统，包括回收发动机尾气和冷却液余热的有机朗肯循环系统、LNG燃料冷能利用及加热系统，所述的有机朗肯循环系统包括导热油循环回路和有机工质循环回路，所述的导热油循环回路包括尾气-导热油换热器28、导热油循环泵27和蒸发器26，蒸发器26的导热油出口通过导热油循环泵27与尾气-导热油换热器28的导热油进口相连，尾气-导热油换热器28的导热油出口与蒸发器26的导热油进口相连；导热油循环泵27将导热油从蒸发器26泵至尾气-导热油换热器28，导热油在尾气-导热油换热器28中吸收发动机尾气的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于LNG汽车发动机的余热回收系统，其特征在于：包括回收发动机尾气和冷却液余热的有机朗肯循环系统、LNG燃料冷能利用及加热系统，所述的有机朗肯循环系统包括导热油循环回路和有机工质循环回路，所述的导热油循环回路包括尾气‑导热油换热器（28）、导热油循环泵（27）和蒸发器（26），蒸发器（26）的导热油出口通过导热油循环泵（27）与尾气‑导热油换热器（28）的导热油进口相连，尾气‑导热油换热器（28）的导热油出口与蒸发器（26）的导热油进口相连；所述的有机工质循环回路包括膨胀机（21）、回热器（25）、风冷冷凝器（13）、LNG‑有机工质换热器（10）、有机工质循环泵（8）、油‑有机工质分离器（6）、预热器（5），所述的蒸发器（26）的有机工质出口与膨胀机（21）的进口相连、膨胀机（21）的出口依次通过回热器（25）、风冷冷凝器（13）、LNG‑有机工质换热器（10）、有机工质循环泵（8）、回热器（25）后与蒸发器（26）的有机工质进口相连。

【技术特征摘要】
1.一种用于LNG汽车发动机的余热回收系统，其特征在于：包括回收发动机尾气和冷却液余热的有机朗肯循环系统、LNG燃料冷能利用及加热系统，所述的有机朗肯循环系统包括导热油循环回路和有机工质循环回路，所述的导热油循环回路包括尾气-导热油换热器（28）、导热油循环泵（27）和蒸发器（26），蒸发器（26）的导热油出口通过导热油循环泵（27）与尾气-导热油换热器（28）的导热油进口相连，尾气-导热油换热器（28）的导热油出口与蒸发器（26）的导热油进口相连；所述的有机工质循环回路包括膨胀机（21）、回热器（25）、风冷冷凝器（13）、LNG-有机工质换热器（10）、有机工质循环泵（8）、油-有机工质分离器（6）、预热器（5），所述的蒸发器（26）的有机工质出口与膨胀机（21）的进口相连、膨胀机（21）的出口依次通过回热器（25）、风冷冷凝器（13）、LNG-有机工质换热器（10）、有机工质循环泵（8）、回热器（25）后与蒸发器（26）的有机工质进口相连。2.根据权利要求1所述的用于LNG汽车发动机的余热回收系统，其特征在于：所述的LNG燃料冷能利用及加热系统包括储罐（11）、风冷冷凝器（13）的前置换热盘管（12）、LNG-有机工质换热器（10）、换热盘管（3）和发动机（1），所述的储罐（11）通过管路依次与前置换热盘管（12）、LNG-有机工质换热器（10）、换热盘管（3）和发动机（1）相连。3.根据权利要求2所述的用于LNG汽车发动机的余热回收系统，其特征在于：所述的换热盘管（3）放置于发动机润滑油池（2）内。4.根据权利要求2所述的用于LNG汽车发动机的余热回收系统，其特征在于：所述的发动机（1）的尾气出口与尾气-导热油换热器（28）相连。5.根据权利要求1所述的用于LNG汽车发动机的余热回收系统，其特征在于：与蒸发器（26）的有机工质出口相连的管路上设有与膨胀机（21）并联的旁路（18），所述的旁路（18）上设有电磁阀I（24），膨胀机（21）两端设有电磁阀II（22）和电磁阀III（19）；与回热器（25）并联的管路上设有电磁阀IV（16），回热器（25）两端与膨胀机（21）和风冷冷凝器（13）连接的管路上分别设有电磁阀V（17）和电磁阀VI（15）；与蒸发器（26）的有机工质出口相连的管路上还设有温度传感器（23）。6.根据权利要求1所述的用于LNG汽车发动机的余热回收系统，其特征在于：所述的有机工质循环泵（8）和回热器（25）之间还设有油-有机工质分离器（6）。7.根据权利要求6所述的用于LNG汽车发动机的余热回收系统，其特征在于：所述的油-有机工质分离器（...

【专利技术属性】
技术研发人员：张业强，王国华，何永宁，吴学红，金听祥，
申请(专利权)人：郑州轻工业学院，
类型：发明
国别省市：河南,41