内燃机蒸汽增压余热回收系统技术方案

本发明专利技术公开了一种内燃机蒸汽增压余热回收系统，其技术方案为：内燃机缸套冷却水通过管路与温差发电器的冷端、膨胀机、预热器以及循环水泵依次串连构成冷却水热利用循环系统。压气机对空气进气压缩后送入内燃机，内燃机排气管与温差发电器热端、蒸发器气侧，依次串接构成排气热利用系统。预热器和蒸发器的工质侧、涡轮膨胀机、冷凝器工质侧、以及工质泵依次串连构成有机朗肯循环系统。压气机与涡轮机轴连接组成涡轮增压器。本发明专利技术可突破有机朗肯循环对于回收源的温度的限制，分阶回收排气和冷却水的余热能，实现余热的高效利用。还能避免低负荷时排气能量不足以驱动增压系统的情况发生，增加了增压系统有效工作的范围，达到余热能的高效回收目的。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种内燃机蒸汽增压余热回收系统，其技术方案为：内燃机缸套冷却水通过管路与温差发电器的冷端、膨胀机、预热器以及循环水泵依次串连构成冷却水热利用循环系统。压气机对空气进气压缩后送入内燃机，内燃机排气管与温差发电器热端、蒸发器气侧，依次串接构成排气热利用系统。预热器和蒸发器的工质侧、涡轮膨胀机、冷凝器工质侧、以及工质泵依次串连构成有机朗肯循环系统。压气机与涡轮机轴连接组成涡轮增压器。本专利技术可突破有机朗肯循环对于回收源的温度的限制，分阶回收排气和冷却水的余热能，实现余热的高效利用。还能避免低负荷时排气能量不足以驱动增压系统的情况发生，增加了增压系统有效工作的范围，达到余热能的高效回收目的。【专利说明】 内燃机蒸汽增压余热回收系统
本专利技术属于内燃机余热利用技术，具体涉及一种内燃机蒸汽增压余热回收的系统。
技术介绍
随着能源日益短缺和环境问题的日益严峻，内燃机的节能减排受到世人关注。利用有机朗肯循环(ORC)技术回收柴油机余热是目前的研究热点，ORC循环热效率和安全性较高，结构简单。然而其所用工质的分解温度要求低于350°C，而内燃机排气温度一般高达500?600°C。较高的温度有可能会造成有机工质分解，这是制约ORC在高温排气余热回收利用的关键点之一。内燃机冷却水的余热温度较低，但是其热利用的品质和效率又比较低，所以回收难度较大。涡轮增压技术是改善内燃机性能、增加内燃机功率密度的重要技术手段，已得到广泛的利用。但所带来的问题是涡轮的安装将会使内燃机的排气背压升高，从而导致排气损失变大，使内燃机的输出功有所下降。针对上述情况，如果能够提出一种分阶段利用排气余热，并且用回收的能量来驱动内燃机的压气机的系统，则对内燃机节能减排技术的提高意义重大。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提出一种内燃机蒸汽增压余热回收的系统，该系统将有机朗肯循环与温差发电以及进气增压技术相结合，达到提高内燃机余热回收效率的目的。以下结合附图对本专利技术的原理与系统组成进行说明。内燃机蒸汽增压余热回收系统，包含有温差发电器、循环水泵、预热器、蒸发器、散热器、压气机、发电机、膨胀机、工质泵、以及内燃机等压气机与涡轮机轴连接构成涡轮增压器。所采用的技术方案为:内燃机缸套冷却水通过管路与温差发电器的冷端、膨胀机、预热器的高温水侧、以及循环水泵，依次串连构成冷却水热利用循环系统。涡轮增压器中的压气机对空气进气压缩后送入内燃机进气端，内燃机排气端与温差发电器热端、蒸发器气侧，依次串接构成排气热利用系统。预热器的低温工质侧、蒸发器的工质侧、涡轮增压器中的涡轮机、冷凝器的工质侧、以及工质泵，依次串连构成有机朗肯循环系统。膨胀机与发电机轴连接。内燃机蒸汽增压余热回收系统的工作原理为:内燃机的排气先进入温差发电器，利用温差产生电能，降温后的排气又作为有机朗肯循环系统的能源驱动膨胀机。内燃机缸套冷却水余热的利用，主要是对(有机朗肯循环预热器中的)工质进行预热。本专利技术的特点及有益效果是，可以突破有机朗肯循环对于回收源的温度的限制，分阶回收废气和冷却水的余热能，实现余热的高效利用。同时还能避免低负荷时排气能量不足以驱动增压系统的情况发生，增加了增压系统有效工作的范围。【专利附图】【附图说明】所示附图是本专利技术系统的原理与结构图。图中的实线表示内燃机缸套冷却水循环；长虚线表示有机朗肯循环；点虚线表示内燃机排气余热利用系统。【具体实施方式】以下结合附图并通过实例对本专利技术的原理与系统做进一步说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而非是限定性的，不以此限定本专利技术的保护范围。内燃机蒸汽增压余热回收系统，其系统组成及部件连接结构为:内燃机I缸套冷却水通过管路与温差发电器2的冷端、膨胀机3、预热器5的高温水侧、以及循环水泵6，依次串连构成冷却水热利用循环系统(图中实线)。涡轮增压器中的压气机11对空气进气压缩后送入内燃机进气端，内燃机排气端与温差发电器热端、蒸发器7气侧，依次串接构成排气热利用系统(图中点虚线)。预热器的低温工质侧、蒸发器的工质侧、涡轮增压器中的涡轮机10、冷凝器9的工质侧、以及工质泵8，依次串连构成有机朗肯循环系统(图中长虚线)。膨胀机与发电机4轴连接。本专利技术将内燃机排气作为温差发电器的热源；内燃机缸套冷却水作为温差发电器的冷源。冷却水热利用循环系统中的工质为水；有机朗肯循环的工质为CF3CH2CHF2 (R245fa)0内燃机的排气和冷却水分别作为温差发电装置的热源和冷源驱动温差发电器发电。冷却水在温差发电器中吸热后成为水蒸气，驱动膨胀机并带动发电机发电。水蒸气做功后的乏汽进入朗肯循环中的预热器，对工质泵输出的工质进行加热后，经循环水泵后回到内燃机，完成热力循环。内燃机的排气经与温差发电器换热后温度下降，然后进入朗肯循环的蒸发器，对(从预热器中经过加热的)工质继续加热使之成为高温蒸汽。高温蒸汽驱动涡轮机膨胀做功，乏汽通过冷凝器凝结经工质泵回到预热器完成循环。涡轮机所做的功用于驱动压气机对内燃机的进气增压。由此实现分阶段利用内燃机排气和冷却水中的热量的目的。【权利要求】1.内燃机蒸汽增压余热回收系统，具有内燃机、温差发电器、膨胀机、发电机、预热器、工质泵、蒸发器、循环水泵、冷凝器，压气机与涡轮机轴连接构成涡轮增压器，其特征为:内燃机(I)缸套冷却水通过管路与温差发电器(2)的冷端、膨胀机(3)、预热器(5)的高温水侦U、以及循环水泵(6)，依次串连构成冷却水热利用循环系统，涡轮增压器中的压气机(11)对空气进气压缩后送入内燃机(I)进气端，内燃机排气端与温差发电器(2)热端、蒸发器(7)气侧，依次串接构成排气热利用系统；预热器的低温工质侧、蒸发器的工质侧、涡轮增压器中的涡轮机(10)、冷凝器(9)的工质侧、以及工质泵(8)，依次串连构成有机朗肯循环系统；膨胀机与发电机(4)轴连接。2.根据权利要求1所述的内燃机蒸汽增压余热回收系统，其特征是内燃机排气作为所述温差发电器的热源；内燃机缸套冷却水作为温差发电器的冷源。3.根据权利要求1所述的内燃机蒸汽增压余热回收系统，其特征是所述冷却水热利用循环系统中的工质为水，所述有机朗肯循环中的工质为cf3ch2chf2。【文档编号】F02G5/04GK103742293SQ201310755642【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日 【专利技术者】李晓宁, 舒歌群, 李团兵, 梁友才, 王轩 申请人:天津大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
内燃机蒸汽增压余热回收系统，具有内燃机、温差发电器、膨胀机、发电机、预热器、工质泵、蒸发器、循环水泵、冷凝器，压气机与涡轮机轴连接构成涡轮增压器，其特征为：内燃机（1）缸套冷却水通过管路与温差发电器（2）的冷端、膨胀机（3）、预热器（5）的高温水侧、以及循环水泵（6）,依次串连构成冷却水热利用循环系统，涡轮增压器中的压气机（11）对空气进气压缩后送入内燃机（1）进气端，内燃机排气端与温差发电器（2）热端、蒸发器（7）气侧，依次串接构成排气热利用系统；预热器的低温工质侧、蒸发器的工质侧、涡轮增压器中的涡轮机(10)、冷凝器(9)的工质侧、以及工质泵(8)，依次串连构成有机朗肯循环系统；膨胀机与发电机（4）轴连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓宁，舒歌群，李团兵，梁友才，王轩，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：