本發(fā)明涉及節(jié)能設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種動(dòng)力裝置排氣余熱回收系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

汽車及船舶動(dòng)力裝置排氣余熱的回收利用對(duì)節(jié)能減排具有重要的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。內(nèi)燃機(jī)燃料燃燒總能量的50％以上的能量通過余熱、余壓能的形式排放到了大氣中，因此排氣余熱的回收利用是提高內(nèi)燃機(jī)熱效率、降低油耗的有效途徑。有機(jī)朗肯循環(huán)因其工作溫度低、設(shè)備尺寸小、安全性高等優(yōu)點(diǎn)可應(yīng)用到汽車及船舶動(dòng)力裝置排氣余熱回收領(lǐng)域。目前，對(duì)于有機(jī)朗肯循環(huán)的研究主要是從循環(huán)工質(zhì)的選擇、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、循環(huán)參數(shù)匹配、以及膨脹機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)方面進(jìn)行的。

然而，對(duì)于有機(jī)朗肯循環(huán)仍然有兩大問題尚未解決：首先對(duì)于有機(jī)朗肯循環(huán)，傳熱過程中有機(jī)工質(zhì)與外部熱源間的溫度匹配度較低，這是循環(huán)過程不可逆性的最大來源，給系統(tǒng)帶來了極大的損失。為了改善工質(zhì)與熱源間的溫度匹配度，降低系統(tǒng)的不可逆損失，現(xiàn)有技術(shù)中提出了多種方案，包括跨臨界和超臨界有機(jī)朗肯循環(huán)、采用非共沸工質(zhì)和有機(jī)朗肯閃蒸循環(huán)等。其中，有機(jī)朗肯閃蒸循環(huán)工作過程中，工質(zhì)在熱交換器中吸熱后成為飽和液體，然后進(jìn)入閃蒸罐中部分閃蒸為蒸汽，蒸汽進(jìn)入膨脹機(jī)中作功，剩余飽和液通過節(jié)流閥后與作功后的蒸汽混合進(jìn)入冷凝器中冷凝。由于工質(zhì)與熱源在傳熱過程中不存在相變過程，因此有效改善了工質(zhì)與熱源的溫度匹配程度，降低了傳熱過程的損失。有機(jī)朗肯閃蒸循環(huán)雖然有著較高的效率，但是閃蒸循環(huán)過程中的節(jié)流閥仍會(huì)帶來較大的損失。

有機(jī)朗肯循環(huán)尚未解決的第二個(gè)問題是：汽車及船舶動(dòng)力裝置的工況不穩(wěn)定，例如汽車排氣溫度在200～900℃之間變化。變工況使得有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)效率低，甚至?xí)瓜到y(tǒng)無法正常工作。針對(duì)此問題，若采用有機(jī)朗肯閃蒸循環(huán)，則在變工況時(shí)余熱不足的情況下，可通過閃蒸器的氣液分離特性使得液體工質(zhì)無法進(jìn)入膨脹機(jī)，從而保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

考慮到有機(jī)朗肯閃蒸循環(huán)在低品位能源利用方面具有的較大發(fā)展?jié)摿σ约捌嚰按皠?dòng)力系統(tǒng)排氣溫度隨工況波動(dòng)范圍大的特點(diǎn)，因此可采用有機(jī)朗肯閃蒸循環(huán)的方式來回收動(dòng)力系統(tǒng)的排氣余熱。

然而，在采用常規(guī)有機(jī)朗肯閃蒸循環(huán)回收汽車及船舶動(dòng)力系統(tǒng)的排氣余熱時(shí)，閃蒸過程以及飽和液節(jié)流過程仍會(huì)帶來比較大的不可逆損失。因此為降低有機(jī)朗肯閃蒸循環(huán)由于節(jié)流作用所造成的不可逆損失，提高系統(tǒng)效率，本發(fā)明提出了一種利用改進(jìn)的有機(jī)朗肯閃蒸循環(huán)的汽車及船舶動(dòng)力裝置排氣余熱回收系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的是提供一種回收效率高且變工況適應(yīng)性強(qiáng)的動(dòng)力裝置排氣余熱回收系統(tǒng)。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種動(dòng)力裝置排氣余熱回收系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)串聯(lián)的熱交換器，位于一端的所述熱交換器順次與閃蒸器、膨脹機(jī)和冷凝器連接，所述冷凝器與位于另一端的所述熱交換器連接；所述閃蒸器還與位于兩端的所述熱交換器之間的流路連接。

其中，所述閃蒸器包括氣體出口和液體出口，所述氣體出口與所述膨脹機(jī)連接，所述液體出口與位于兩端的所述熱交換器之間的流路連接。

其中，在所述冷凝器和位于另一端的所述熱交換器之間設(shè)置有第一泵體。

其中，在所述閃蒸器的液體出口處設(shè)置有第二泵體。

其中，位于一端的所述熱交換器通過管路順次與閃蒸器、膨脹機(jī)和冷凝器連接，所述冷凝器與位于另一端的所述熱交換器通過管路連接；所述閃蒸器與位于兩端的所述熱交換器之間的流路通過管路連接。

其中，還包括發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)與所述膨脹機(jī)連接。

(三)有益效果

本發(fā)明提供的一種動(dòng)力裝置排氣余熱回收系統(tǒng)，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明裝置利用改進(jìn)的有機(jī)朗肯閃蒸循環(huán)進(jìn)行汽車及船舶動(dòng)力裝置排氣余熱的回收，熱回收效率高，節(jié)能效果顯著。2、本發(fā)明閃蒸器中未蒸發(fā)的液體工質(zhì)不經(jīng)過節(jié)流減壓直接與熱交換器連接，因此克服了有機(jī)朗肯循環(huán)不可逆損失大的局限。3、本發(fā)明裝置具有有機(jī)工質(zhì)與排氣熱源匹配度高、變工況適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，尤其是在變工況時(shí)余熱不足的情況下也可保證系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。4、本發(fā)明裝置由于閃蒸后未蒸發(fā)的液態(tài)工質(zhì)不經(jīng)過冷凝器換熱，減少了冷凝器中的冷凝換熱量，因此同樣工況下可減小冷凝器的尺寸，節(jié)約設(shè)備成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明包括至少兩個(gè)串聯(lián)的熱交換器1，位于首端的熱交換器1的出口通過管路與閃蒸器2的入口連接，閃蒸器2具有氣體出口21和液體出口22，氣體出口21通過管路與膨脹機(jī)3的入口連接，膨脹機(jī)3的出口通過管路與冷凝器4的入口連接，冷凝器4的出口通過管路與位于末端的熱交換器1的入口連接；

閃蒸器2的液體出口通過管路與位于首末兩端的熱交換器1之間的流路連接。

如圖1所示，在冷凝器4和位于末端的熱交換器1之間的管路上設(shè)置有第一泵體5；在閃蒸器2與流路之間的管路上設(shè)置有第二泵體6。

本發(fā)明還包括與膨脹機(jī)3連接的發(fā)電機(jī)7，膨脹機(jī)3用于做功后帶動(dòng)發(fā)電機(jī)7發(fā)電。

本發(fā)明還包括動(dòng)力裝置排氣口8，動(dòng)力裝置排氣口8依次連通各熱交換器1，用于使排氣余熱能夠與每一熱交換器1中的有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行換熱。

需要說明的是，本發(fā)明中的熱交換器1可為兩個(gè)或多個(gè)，當(dāng)熱交換器1數(shù)量為兩個(gè)時(shí)，閃蒸器2的液體出口22通過管路與兩熱交換器1之間的流路連接，以保證冷凝后的工質(zhì)先行升溫后再與未蒸發(fā)的液體工質(zhì)混合。

當(dāng)熱交換器1的數(shù)量為多個(gè)時(shí)，閃蒸器2的液體出口22所需連接的流路需根據(jù)冷凝后的工質(zhì)在末端的各熱交換器1中的升溫情況確定，保證未蒸發(fā)的液體工質(zhì)與換熱后的工質(zhì)在混合時(shí)保持溫度相近即可。

本發(fā)明在工作時(shí)，動(dòng)力系統(tǒng)的排氣在裝置排氣口8中持續(xù)輸送，同時(shí)，位于閃蒸器2中的有機(jī)工質(zhì)在閃蒸后，蒸發(fā)的氣體工質(zhì)通過氣體出口21進(jìn)入到膨脹機(jī)3中做功，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)7發(fā)電，做功后的氣體工質(zhì)進(jìn)入冷凝器4中冷凝成液態(tài)后由第二泵體6泵入到末端的熱交換器1中進(jìn)行預(yù)熱。未蒸發(fā)的液體工質(zhì)通過液體出口22流入到首末熱交換器1之間的流路中，與預(yù)熱后的工質(zhì)進(jìn)行混合后進(jìn)入到熱交換器1中繼續(xù)吸收動(dòng)力系統(tǒng)的排氣余熱，最后由首端的熱交換器1流回到閃蒸器2中完成一次循環(huán)，并持續(xù)循環(huán)工作。

在此循環(huán)過程中，排氣余熱被有機(jī)工質(zhì)吸收，排氣溫度降低，有機(jī)工質(zhì)溫度升高。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)變工況余熱不足的情況下，通過閃蒸器2的氣液分離特性使得液體工質(zhì)無法進(jìn)入膨脹機(jī)3中，從而保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)避免了閃蒸分離后飽和液的節(jié)流損失，未蒸發(fā)的液體工質(zhì)無需經(jīng)過冷凝器4放熱，這有助于提高排氣余熱回收系統(tǒng)熱效率。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。