一种用于内燃机余热回收的自调整发电系统及其评价方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于内燃机余热回收的自调整发电系统及其适用性评价方法，自调整发电系统工作过程基于闪蒸和有机朗肯循环的联合过程，系统装置包括冷却液余热预热器、排气余热蒸发器、可调式闪蒸器、膨胀机、发电机、节流阀、风冷式冷凝器、储液罐、工质泵、温压传感逻辑模块、电磁节流阀。系统可根据排气余热蒸发器出口工质状态，对余热回收系统进行最优化调整，解决了内燃机排气温度波动导致系统余热回收效率低下和不可靠的问题。该系统在回收内燃机排气余热的同时，利用内燃机冷却液的低品位热量来预热循环工质，提高了内燃机余热的回收率。能够作为快速判断自调整发电系统等余热热功转换系统是否适用于某给定排量汽车的依据。

A self adjusting power generation system and its evaluation method for recovery of residual heat of internal combustion engine

The invention discloses a method for self adjustment and applicability evaluation of power system of internal combustion engine waste heat recovery, the combined process of flash and organic Rankine cycle power generation system based on self adjusting working process, system device comprises a coolant heat exhaust preheater, evaporator, adjustable flash evaporator, expansion turbine, generator, throttle valve, air cooled a condenser, a liquid storage tank, refrigerant pump, temperature and pressure sensing logic module, electromagnetic valve. The system can optimally adjust the waste heat recovery system according to the working state of the exhaust heat and the outlet of the evaporator, and solve the problem of low efficiency and unreliability of the waste heat recovery system caused by the fluctuation of the exhaust temperature of the internal combustion engine. The system recoveries the exhaust heat of the internal combustion engine, and utilizes the low grade heat of the coolant of the internal combustion engine to preheat the working fluid, improving the recovery rate of the internal combustion engine waste heat. As to quickly decide whether for a given car since the waste heat power generation system to adjust the thermal power conversion system based on.

【技术实现步骤摘要】
一种用于内燃机余热回收的自调整发电系统及其评价方法
本专利技术涉及汽车尾气余热发电领域，特别涉及一种用于内燃机余热回收的自调整发电系统及其适用性评价方法。
技术介绍
随着经济的发展，交通运输工具所消耗的能源也日益增加。柴油机有30％-45％的总热量转化为动力输出，汽油机只有20％-30％。除了10％左右的能量用于克服摩擦等损失外，其余的能量主要以冷却液和排气中余热的形式排放到环境中，排放的废热中又以排气的200℃-600℃中低品位余热为主。在中低温热源的回收利用中，有机朗肯循环表现出较大优势，并已经在工业余热，地热等多个方面得到了应用。因此，应用有机朗肯循环实现车用内燃机余热利用具有充分的必要性和可行性。但是，车用内燃机的实际工况通常不是稳定的，波动的工况导致内燃机的排气温度产生较大浮动。阶跃变动的热源温度使得有机朗肯循环自调整发电系统无法在最佳工况下运行，膨胀机中的工质可能处于两相状态，发生液击，从而导致循环效率低下和系统运行不可靠。同时，汽车内部的空间是有限的，汽车重量的增加也将导致行驶阻力增大，耗油增加，因此，考虑自调整发电系统的重量和体积，至今仍缺乏一种快速简便的自调整发电系统和汽车适用性的判断方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种用于内燃机余热回收的自调整发电系统及其评价方法，通过闪蒸和有机朗肯循环的结合，解决内燃机运行工况变动引起的自调整发电系统效率低下的问题。与此同时，本专利技术还提出一种汽车与自调整发电系统的适用性评价方法，该方法可做为快速判断适用性的依据。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种用于内燃机余热回收的自调整发电系统，包括冷却液余热预热器、排气余热蒸发器、可调式闪蒸器、膨胀机、发电机、节流阀、风冷式冷凝器、储液罐、工质泵、温压传感逻辑模块和电磁节流阀。所述冷却液余热预热器与所述排气余热蒸发器连接。冷却液温度区间在80℃-100℃，排气余热温度区间在200℃-600℃；利用冷却液低品位热源预热循环工质，利用排气中温余热加热工质。所述排气余热蒸发器与所述可调式闪蒸器连接，所述可调式闪蒸器出口分两路，一路与所述膨胀机连接，另一路与所述节流阀连接；当内燃机工况变动时，排气温度随之变化，导致所述排气余热蒸发器中工质吸热量改变，所述蒸发器出口可能会出现两相工质，为防止膨胀机中发生液击使系统效率下降，由温压传感逻辑模块检测所述蒸发器工质参数并向可调式闪蒸器的电磁节流阀发出信号，调整闪蒸压力至最佳工况，两相工质经过所述可调式闪蒸器闪蒸后汽液分离，饱和蒸汽工质进入所述膨胀机做功，饱和液体工质经过所述节流阀降压，巧妙解决内燃机工况波动带来的余热回收效率低下的问题。所述膨胀机与所述风冷式冷凝器连接，所述电磁节流阀与所述风冷式冷凝器连接；所述节流阀出口的工质压力与所述膨胀机出口压力相等。所述风冷式冷凝器与所述储液罐连接；工质在所述风冷式冷凝器中凝结后进入所述储液罐。所述储液罐与所述工质泵连接，低压工质从所述储液罐中出来经过所述工质泵加压后进入所述冷却液余热预热器，完成一个热力循环。进一步讲，本专利技术中闪蒸过程起到了稳定所述膨胀机入口工质状态的作用，两相工质在可调式闪蒸器中闪蒸后汽液分离，分离后的饱和蒸汽进入膨胀机做功，使膨胀机工作在可靠的工况。一种用于内燃机余热回收的自调整发电系统的适用性评价方法，定义自调整发电系统回收电功与自调整发电系统额外油耗折算功之比为自调整发电系统适用度系数IF，当IF值大于1时，表示自调整发电系统适用于该工况，小于1时则不适用；IF作为判断自调整发电系统与汽车适用性的依据。对于给定的自调整发电系统和给定的汽车排量，根据自调整发电系统适用度系数IF的计算值可判断该系统是否适用于该车型。当给定自调整发电系统的质量时，根据自调整发电系统适用度系数IF的计算公式，可计算得到该质量的自调整发电系统适用于的车型排量范围；当给定汽车排量时，根据自调整发电系统适用度系数IF的计算公式，可计算得到该排量的汽车适用的自调整发电系统质量范围。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：本专利技术开创性地提出将自调整发电系统应用于汽车余热发电领域，并提出了一种汽车与自调整发电系统适用性的评价方法，该方法可以作为快速判断适用性的依据。闪蒸与有机朗肯循环的结合解决了内燃机工况变化引起的排气温度波动导致的余热回收效率低下的问题，使所述膨胀机入口工质状态保持相对稳定，提高系统的余热回收效率。附图说明图1是本专利技术自调整发电系统的结构示意图。图中，1-冷却液余热预热器，2-排气余热蒸发器，3-可调式闪蒸器，4-膨胀机，5-发电机，6-节流阀，7-风冷式冷凝器，8-储液罐，9-工质泵，10-温压传感逻辑模块，11-电磁节流阀具体实施方式下面结合附图详细说明一个示例性的具体实例，通过实例对本专利技术作进一步详细描述，所描述的具体实例仅对本专利技术进行解释说明，并不用来限制本专利技术。如图1所示，本专利技术实施例保护的一种用于内燃机余热回收的自调整发电系统，包括冷却液余热预热器1，排气余热蒸发器2，可调式闪蒸器3，膨胀机4，发电机5，节流阀6，储液罐7，风冷式冷凝器8，工质泵9，温压传感逻辑模块10，电磁节流阀11。冷却液余热预热器1与排气余热蒸发器2连接。冷却液温度区间在80℃-100℃，排气余热温度区间在200℃-600℃；利用冷却液低品位热量预热循环工质，利用排气中温余热加热工质。排气余热蒸发器2与可调式闪蒸器3连接，可调式闪蒸器3出口分两路，一路与膨胀机4连接，一路与节流阀6连接；当内燃机工况变动时，排气温度随之变化，导致排气余热蒸发器2中工质吸热量改变，排气余热蒸发器2出口可能会出现两相工质，为防止膨胀机中发生液积效率下降，由温压传感逻辑模块10检测蒸发器工质参数并向可调式闪蒸器3的节流阀发11出信号，调整闪蒸压力至最佳工况，两相工质经过可调式闪蒸器3闪蒸后汽液分离，饱和蒸汽工质进入膨胀机4做功，饱和液体工质经过节流阀6降压，闪蒸与有机朗肯循环的结合巧妙解决内燃机工况波动带来的余热回收效率低下的问题。膨胀机4与风冷式冷凝器7连接，节流阀6与风冷式冷凝器7连接；节流阀6出口的工质压力与膨胀机4出口压力相等。风冷式冷凝器7与储液罐8连接；工质在风冷式冷凝器中凝结后进入储液罐。储液罐8与工质泵9连接，低压工质从储液罐中出来经过工质泵9加压后进入冷却液余热预热器1，完成一个热力循环。具体的，当内燃机转速高于设计工况时，排气温度升高，有机工质在冷却液余热预热器和排气余热蒸发器中的吸热量增加，蒸发器出口工质为过热蒸汽，由温压传感逻辑模块10检测工质参数判断工质状态后，向可调式闪蒸器的电磁节流阀发出信号，电磁节流阀全开，过热蒸汽工质经过可调式闪蒸器后全部进入膨胀机做功，带动发电机发电，膨胀机出口工质进入风冷式冷凝器冷凝为液体，工质液体经工质泵加压后进入冷却液余热预热器，从而完成一个热力循环。当内燃机转速低于设计工况时，排气温度降低，有机工质在冷却液余热预热器和排气余热蒸发器中的吸热量降低，蒸发器出口工质为两相工质，由温压传感逻辑模块检测工质参数判断工质状态后，向可调式闪蒸器的电磁节流阀发出信号，通过调整电磁节流阀开度调节闪蒸压力，两相工质经过可调式闪蒸器后汽液分离，饱和工质蒸汽进入膨胀机做功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于内燃机余热回收的自调整发电系统，其特征在于，包括冷却液余热预热器(1)、排气余热蒸发器(2)、可调式闪蒸器(3)、膨胀机(4)、发电机(5)、节流阀(6)、风冷式冷凝器(7)、储液罐(8)、工质泵(9)、温压传感逻辑模块(10)和电磁节流阀(11)；所述冷却液余热预热器(1)与所述排气余热蒸发器(2)连接；所述排气余热蒸发器(2)与所述可调式闪蒸器(3)连接，可调式闪蒸器(3)出口分两路，一路与膨胀机(4)连接，另一路与节流阀(6)连接；膨胀机(4)和节流阀(6)的输出端均与风冷式冷凝器(7)连接，风冷式冷凝器(7)依次与所述储液罐(8)、工质泵(9)和冷却液余热预热器(1)连接；膨胀机(4)还与发电机(5)相连，当排气温度波动导致排气余热蒸发器(2)中工质吸热量变化时，排气余热蒸发器(2)出口工质为两相工质，由温压传感逻辑模块(10)检测工质参数并向可调式闪蒸器(3)的电磁节流阀(11)发出信号以调整闪蒸压力，两相工质经过可调式闪蒸器(3)闪蒸后汽液分离，饱和蒸汽工质进入膨胀机(4)做功，饱和液体工质经过节流阀(6)降压。

【技术特征摘要】
1.一种用于内燃机余热回收的自调整发电系统，其特征在于，包括冷却液余热预热器(1)、排气余热蒸发器(2)、可调式闪蒸器(3)、膨胀机(4)、发电机(5)、节流阀(6)、风冷式冷凝器(7)、储液罐(8)、工质泵(9)、温压传感逻辑模块(10)和电磁节流阀(11)；所述冷却液余热预热器(1)与所述排气余热蒸发器(2)连接；所述排气余热蒸发器(2)与所述可调式闪蒸器(3)连接，可调式闪蒸器(3)出口分两路，一路与膨胀机(4)连接，另一路与节流阀(6)连接；膨胀机(4)和节流阀(6)的输出端均与风冷式冷凝器(7)连接，风冷式冷凝器(7)依次与所述储液罐(8)、工质泵(9)和冷却液余热预热器(1)连接；膨胀机(4)还与发电机(5)相连，当排气温度波动导致排气余热蒸发器(2)中工质吸热量变化时，排气余热蒸发器(2)出口工质为两相工质，由温压传感逻辑模块(10)检测工质参数并向可调式闪蒸器(3)的电磁节流阀(11)发出信号以调整闪蒸压力，两相工质经过可调式闪蒸器(3)闪蒸后汽液分离，饱和蒸汽工质进入膨胀机(4)做功，饱和液体工质经过节流阀(6)降压。2.根据权利要求1所述一种用于内燃机余热回收的自调整发电系统，其特征在于，冷却液的温度区间在80℃-100℃，排气余热温度区间在200℃-600...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永真，赵军，徐翀翀，张范鲁，陈桂兵，娄思琪，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12