一种车载蓄热式双朗肯余热回收系统技术方案

本发明专利技术公开了一种车载蓄热式双朗肯余热回收系统，包括发动机以及独立循环的高品位热源循环单元和低品位热源循环单元；高品位热源循环单元包括首尾依次循环相连的第一工质泵、第一蒸发器、第一膨胀机和第一冷凝器，低品位热源循环单元包括首尾依次循环相连的第二工质泵、预热器、第二蒸发器、第二膨胀机和第二冷凝器；第一蒸发器的热源进口与发动机的排气管相连通，第二蒸发器的热源进口与第一蒸发器的热源出口相连通，预热器的热源进口与发动机的冷却水出口相连通，预热器的热源出口与发动机的冷却水进口相连通。本发明专利技术可同时回收高、低品位热源，且对发动机运行工况要求低，运行稳定性高，换热效率高。

A Vehicle-mounted Regenerative Double Rankine Waste Heat Recovery System

【技术实现步骤摘要】
一种车载蓄热式双朗肯余热回收系统
本专利技术属于有机朗肯循环
，尤其是涉及一种用于回收发动机尾气、发动机冷却水余热的车载蓄热式双朗肯余热回收系统。
技术介绍
从发动机的能源平衡来看，输出的有效功率一般只占燃料燃烧总热量的30％-45％(柴油机)或20％-30％(汽油机)，除了不到10％用于克服摩擦等功率损耗之外，其余的余热能量主要通过排气(200-700℃)和冷却介质(冷却水、机油散热等，85-120℃)被排放到大气中。因此将发动机的余热能量高效转化再利用是提高总能效率，降低油耗和减少污染物排放的一个有效途径。目前利用有机朗肯循环的余热回收技术效率最高；由于低品位热源的温度较低，蒸发器压力必须很小才能满足有机工质的蒸发，而传统的有机朗肯循环很难满足对低品位热源的有效利用。且，传统的有机朗肯循环只能在恒定热源下稳定工作；但是一些车辆尾气温度和流量随车辆的运行状况变化，热源工况不稳定，导致传统有机朗肯循环在柴油机或汽油机的尾气余热回收过程中的应用受到极大的限制；也就是说，如果余热回收直接用传统的有机朗肯循环，对工况的要求高，必须保证热源工况的稳定性才能保证有机朗肯循环的正常运转。
技术实现思路
旨在克服上述现有技术中存在的不足，本专利技术解决的技术问题是，提出了一种可同时回收高品位热源和低品位热源的车载蓄热式双朗肯余热回收系统，且对发动机运行工况要求低、运行稳定性高、换热效率高。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是，提供一种车载蓄热式双朗肯余热回收系统，包括发动机以及独立循环的高品位热源循环单元和低品位热源循环单元；所述高品位热源循环单元包括首尾依次循环相连的第一工质泵、第一蒸发器、第一膨胀机和第一冷凝器，所述低品位热源循环单元包括首尾依次循环相连的第二工质泵、预热器、第二蒸发器、第二膨胀机和第二冷凝器；所述第一蒸发器的热源进口与所述发动机的排气管相连通，所述第二蒸发器的热源进口与所述第一蒸发器的热源出口相连通，所述预热器的热源进口与所述发动机的冷却水出口相连通，所述预热器的热源出口与所述发动机的冷却水进口相连通。优选地，所述第一蒸发器与所述第一膨胀机之间的第一循环管路上设置有第一电磁阀，且所述第一蒸发器与所述第一膨胀机之间设置有与所述第一循环管路并联的第一旁通循环管路，所述第一旁通循环管路上设置有第二电磁阀和第一蓄热式蒸发器；所述第一蒸发器的热源进口与所述排气管连通的管路上设有第三电磁阀，所述第一蓄热式蒸发器的热源进口与所述排气管连通且连通的管路上设有第四电磁阀，所述第一蓄热式蒸发器的热源出口与所述第二蒸发器的热源进口相连通。优选地，所述第二蒸发器与所述第二膨胀机之间的第二循环管路上设置有第五电磁阀，且所述第二蒸发器与所述第二膨胀机之间设置有与所述第二循环管路并联的第二旁通循环管路，所述第二旁通循环管路上设置有第六电磁阀和第二蓄热式蒸发器；所述第二蓄热式蒸发器的热源进口与所述排气管连通且连通的管路上设有第七电磁阀。优选地，所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述第三电磁阀、所述第四电磁阀、所述第五电磁阀、所述第六电磁阀和所述第七电磁阀均与所述发动机的电控单元电连接。优选地，所述排气管末端设有用于与所述第一蒸发器的热源进口、所述第一蓄热式蒸发器的热源进口以及所述第二蓄热式蒸发器的热源进口相连通的四通管接头。优选地，所述高品位热源循环单元还包括第一回热器；所述第一回热器包括有机工质第一入口、有机工质第一出口、有机工质第二入口和有机工质第二出口；所述第一工质泵的工质出口与所述有机工质第一入口相连通，所述有机工质第一出口与所述第一蒸发器的工质进口相连通，所述第一膨胀机的工质出口与所述有机工质第二入口相连通，所述有机工质第二出口与所述第一冷凝器的工质进口相连通。优选地，所述低品位热源循环单元还包括第二回热器；所述第二回热器包括有机工质第三入口、有机工质第三出口、有机工质第四入口和有机工质第四出口；所述第二工质泵的工质出口与所述有机工质第三入口相连通，所述有机工质第三出口与所述预热器的工质进口相连通，所述第二膨胀机的工质出口与所述有机工质第四入口相连通，所述有机工质第四出口与所述第二冷凝器的工质进口相连通。优选地，所述高品位热源循环单元还包括与所述第一膨胀机同轴连接的第一发电机；所述低品位热源循环单元还包括与所述第二膨胀机同轴连接的第二发电机。优选地，所述高品位热源循环单元还包括储存有有机工质的第一储液罐，所述低品位热源循环单元还包括储存有有机工质的第二储液罐；所述第一储液罐的进口与所述第一冷凝器的工质出口相连通，所述第一储液罐的出口与所述第一工质泵的工质进口相连通；所述第二储液罐的进口与所述第二冷凝器的工质出口相连通，所述第二储液罐的出口与所述第二工质泵的工质进口相连通。采用了上述技术方案后，本专利技术的有益效果是：本专利技术的车载蓄热式双朗肯余热回收系统，包括两条独立循环的高品位热源循环单元和低品位热源循环单元；其中第一蒸发器的热源进口与发动机的排气管相连通，第二蒸发器的热源进口与第一蒸发器的热源出口相连通，预热器的热源进口与发动机的冷却水出口相连通，预热器的热源出口与发动机的冷却水进口相连通。即，高品位热源循环单元用于回收发动尾气(高品位热源)的余热，低品位热源循环单元用于回收发动机冷却水(低品位热源)的余热；品味低的发动机冷却水在预热器中将液态有机工质进行预热，温度较高的液态工质进入第二蒸发器。经第一蒸发器换热出来的发动机尾气还有很高的热品味，该气体进入第二蒸发器；有机工质被二次尾气加热蒸发成压力和温度都较高的气体后进入第二膨胀机。将高品位热源循环单元和低品位热源循环单元进行有效耦合，在不减少高品位热源回收的情形下，实现低品位热源的有效回收。同时在高品位热源循环单元和低品位热源循环单元中分别加入第一蓄热式蒸发器和第二蓄热式蒸发器作为发动机短时间内低功率运行时的缓冲器，不但提高了系统稳定性，还提高了系统的换热效率。综上，本专利技术是一种可同时回收高品位热源和低品位热源、对发动机运行工况要求低、运行稳定性高、换热效率高的车载蓄热式双朗肯余热回收系统。附图说明图1是本专利技术第一种实施例的结构原理图；图2是本专利技术第二种实施例的结构原理图；图3是本专利技术第三种实施例的结构原理图；图中:1-发动机，2-第一工质泵，3-第一蒸发器，4-第一膨胀机，5-第一冷凝器，6-第二工质泵，7-预热器，8-第二蒸发器，9-第二膨胀机，10-第二冷凝器,11-第一电磁阀，12-第二电磁阀，13-第一蓄热式蒸发器,14-第三电磁阀，15-第四电磁阀，16-第五电磁阀，17-第六电磁阀，18-第二蓄热式蒸发器，19-第七电磁阀，20-电控单元，21-四通管接头，22-第一回热器，23-第二回热器，24-第一发电机，25-第二发电机，26-第一储液罐，27-第二储液罐，a-第一循环管路，b-第一旁通循环管路，c-第二循环管路，d-第二旁通循环管路。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术实施例进行详细描述。实施例一：有机朗肯循环简称ORC，是以低费点有机物为工质的朗肯循环。如图1所示，一种车载蓄热式双朗肯余热回收系统，包括发动机1以及独立循环的高品位热源循环单元和低品位热源循环单元；其中高品位热源循环单元包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车载蓄热式双朗肯余热回收系统，其特征在于，包括发动机以及独立循环的高品位热源循环单元和低品位热源循环单元；所述高品位热源循环单元包括首尾依次循环相连的第一工质泵、第一蒸发器、第一膨胀机和第一冷凝器，所述低品位热源循环单元包括首尾依次循环相连的第二工质泵、预热器、第二蒸发器、第二膨胀机和第二冷凝器；所述第一蒸发器的热源进口与所述发动机的排气管相连通，所述第二蒸发器的热源进口与所述第一蒸发器的热源出口相连通，所述预热器的热源进口与所述发动机的冷却水出口相连通，所述预热器的热源出口与所述发动机的冷却水进口相连通。

【技术特征摘要】
1.一种车载蓄热式双朗肯余热回收系统，其特征在于，包括发动机以及独立循环的高品位热源循环单元和低品位热源循环单元；所述高品位热源循环单元包括首尾依次循环相连的第一工质泵、第一蒸发器、第一膨胀机和第一冷凝器，所述低品位热源循环单元包括首尾依次循环相连的第二工质泵、预热器、第二蒸发器、第二膨胀机和第二冷凝器；所述第一蒸发器的热源进口与所述发动机的排气管相连通，所述第二蒸发器的热源进口与所述第一蒸发器的热源出口相连通，所述预热器的热源进口与所述发动机的冷却水出口相连通，所述预热器的热源出口与所述发动机的冷却水进口相连通。2.如权利要求1所述的车载蓄热式双朗肯余热回收系统，其特征在于，所述第一蒸发器与所述第一膨胀机之间的第一循环管路上设置有第一电磁阀，且所述第一蒸发器与所述第一膨胀机之间设置有与所述第一循环管路并联的第一旁通循环管路，所述第一旁通循环管路上设置有第二电磁阀和第一蓄热式蒸发器；所述第一蒸发器的热源进口与所述排气管连通的管路上设有第三电磁阀，所述第一蓄热式蒸发器的热源进口与所述排气管连通且连通的管路上设有第四电磁阀，所述第一蓄热式蒸发器的热源出口与所述第二蒸发器的热源进口相连通。3.如权利要求2所述的车载蓄热式双朗肯余热回收系统，其特征在于，所述第二蒸发器与所述第二膨胀机之间的第二循环管路上设置有第五电磁阀，且所述第二蒸发器与所述第二膨胀机之间设置有与所述第二循环管路并联的第二旁通循环管路，所述第二旁通循环管路上设置有第六电磁阀和第二蓄热式蒸发器；所述第二蓄热式蒸发器的热源进口与所述排气管连通且连通的管路上设有第七电磁阀。4.如权利要求3所述的车载蓄热式双朗肯余热回收系统，其特征在于，所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述第三电磁阀、所述第四电磁阀、所述第五电磁阀、所述第六电磁阀和所述第七电磁阀均与所述发动机的电控单元电连接。5.如权利要求3所述的车...

【专利技术属性】
技术研发人员：王培伦，李敏，文志永，孔祥花，陈火雷，隋博，
申请(专利权)人：潍柴动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37