抽氣回?zé)崾接袡C(jī)朗肯循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可切換模式的抽氣回?zé)崾接袡C(jī)朗肯循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收系統(tǒng)及控制方法，用于回收發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣余熱能，屬于節(jié)能減排領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]從發(fā)動(dòng)機(jī)的能量平衡來看，輸出的有效功率一般只占燃油燃燒總熱量的30% -45% (柴油機(jī))或20%-30% (汽油機(jī))，余熱能量主要通過排氣和冷卻介質(zhì)(冷卻水、機(jī)油散熱等)被排放到大氣中。由此可以看出，對(duì)于車用發(fā)動(dòng)機(jī)，其余熱能量具有很大的節(jié)能潛力，余熱能回收利用技術(shù)有廣泛的應(yīng)用空間。
[0003]此外，余熱能回收利用技術(shù)由于不需要消耗其他任何能源，僅依靠技術(shù)的進(jìn)步即可實(shí)現(xiàn)，因而受到了越來越多的重視。目前，發(fā)動(dòng)機(jī)余熱能利用技術(shù)主要集中在增壓、余熱制冷、余熱取暖、余熱發(fā)電和改良燃料燃燒性能等幾個(gè)方面。在當(dāng)前車用余熱利用的各種技術(shù)方案中，有機(jī)朗肯循環(huán)余熱回收技術(shù)的熱效率最高，是最有可能首先實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)。有機(jī)朗肯循環(huán)通常分為簡(jiǎn)單有機(jī)朗肯循環(huán)、回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)、開式抽氣回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)、閉式抽氣回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)、再熱有機(jī)朗肯循環(huán)等集中結(jié)構(gòu)方案。其中，開式抽氣回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)與閉式抽氣回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)具有較高的熱效率，能夠較好地回收發(fā)動(dòng)機(jī)排氣能量。
[0004]然而，兩種抽氣回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)均有著各自的優(yōu)缺點(diǎn):開式抽氣回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)由于其回?zé)崞鞑捎玫氖墙佑|式換熱器，更有利于冷熱流體的熱量交換，故換熱性能較好；但是開式抽氣回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)中，回?zé)崞骼錈崃黧w的入口壓力須保證一致，這就對(duì)抽氣段管路以及工質(zhì)泵的控制提出了較高的要求，在發(fā)動(dòng)機(jī)工況不夠穩(wěn)定時(shí)較難實(shí)現(xiàn)。閉式抽氣回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)中，回?zé)崞骼錈崃黧w的入口壓力無需保證一致，這就降低了對(duì)抽氣壓力及工質(zhì)泵壓力的控制難度，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)工況復(fù)雜多變時(shí)使用；然而由于閉式抽氣回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的回?zé)崞鞑捎玫氖情g壁式換熱器，其換熱效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了提出一種能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況自動(dòng)切換模式的抽氣回?zé)崾接袡C(jī)朗肯循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收系統(tǒng)及控制方法，該系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、開式抽氣回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)、閉式抽氣回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。通過調(diào)節(jié)不同閥門的開閉，實(shí)現(xiàn)余熱回收系統(tǒng)的停機(jī)與運(yùn)轉(zhuǎn)以及在開式抽氣回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)與閉式抽氣回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換，從而更好地利用發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣余熱能量。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)解決方案:
[0007]本發(fā)明所提出的抽氣回?zé)崾接袡C(jī)朗肯循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、開式抽氣回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)、閉式抽氣回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。
[0008]上述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪、壓氣機(jī)、排氣通路。其中渦輪后的排氣通路分為兩個(gè)支路，一條支路直接與大氣相連(不考慮三元催化器等設(shè)備)；另一條支路與蒸發(fā)器相連，排氣在蒸發(fā)器內(nèi)與工質(zhì)進(jìn)行換熱，將熱量傳遞給工質(zhì)后進(jìn)入大氣中。
[0009]上述的開式抽氣回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，包括蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、冷凝器、儲(chǔ)液罐、工質(zhì)過濾器、工質(zhì)泵、開式回?zé)崞饕约肮べ|(zhì)管路。其中工質(zhì)在蒸發(fā)器中與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣進(jìn)行換熱，形成高溫高壓蒸汽；在冷凝器中膨脹后的工質(zhì)乏氣與冷卻水換熱，冷凝為液態(tài)工質(zhì)。此夕卜，在膨脹機(jī)與儲(chǔ)液罐前的工質(zhì)泵處均另設(shè)有旁路，確保在緊急情況下能夠旁通膨脹機(jī)及工質(zhì)泵，從而保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)不被損壞。
[0010]上述的閉式抽氣回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，包括蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、冷凝器、儲(chǔ)液罐、工質(zhì)過濾器、工質(zhì)泵、開式回?zé)崞?、閉式回?zé)崞饕约肮べ|(zhì)管路。其中開式回?zé)崞髟谏鲜鱿到y(tǒng)中作為工質(zhì)混合器使用。
[0011]上述的冷卻系統(tǒng)主要包括水泵、散熱器及相應(yīng)的連接管路。其中冷卻水在冷凝器中吸收工質(zhì)乏氣所釋放出的熱量，將工質(zhì)冷卻，冷卻水隨后在散熱器中與外界環(huán)境進(jìn)行換熱，將熱量釋放到大氣中。
[0012]上述的控制系統(tǒng)主要包括排氣溫度傳感器、蒸發(fā)器出口排氣溫度傳感器、蒸發(fā)器出口工質(zhì)溫度傳感器、蒸發(fā)器出口工質(zhì)壓力傳感器、膨脹機(jī)抽氣口工質(zhì)壓力傳感器、工質(zhì)泵出口工質(zhì)壓力傳感器、開式回?zé)崞鬟M(jìn)口工質(zhì)壓力傳感器、工質(zhì)質(zhì)量流量計(jì)、電磁控制閥、控制單元(ECU)以及相應(yīng)的連接線路。其中控制單元采集系統(tǒng)中溫度、壓力傳感器、工質(zhì)質(zhì)量流量計(jì)的信號(hào)，經(jīng)過分析處理后作出判斷，并發(fā)出信號(hào)，控制各電磁閥的開啟、閉合，從而實(shí)現(xiàn)余熱回收系統(tǒng)的起動(dòng)、停機(jī)以及在開式、閉式抽氣回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)中的切換。
[0013]與現(xiàn)有的技術(shù)方案相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)。
[0014]1.采用兩種(開式、閉式)抽氣回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)方案回收發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣余熱能量。兩種抽氣回?zé)崾接袡C(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)與簡(jiǎn)單有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)相比，具有更高的熱效率，更有利于回收發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱。
[0015]2.通過控制發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的各支路閥門的開啟和關(guān)閉，可以根據(jù)需要建立或切斷發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和抽氣回?zé)崾接袡C(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的連接，在不影響發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的情況下實(shí)現(xiàn)余熱回收系統(tǒng)的平穩(wěn)起動(dòng)與停止。
[0016]3.根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況，通過合理的控制策略，能夠迅速地在開式抽氣回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)與閉式抽氣回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)之間切換，以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣余熱的高效利用。
[0017]4.通過給膨脹機(jī)與儲(chǔ)液罐前的工質(zhì)泵設(shè)置旁路，可以確保系統(tǒng)發(fā)生緊急情況時(shí)能夠迅速旁通膨脹機(jī)與工質(zhì)泵，從而保證了整個(gè)系統(tǒng)不受損壞，延長了系統(tǒng)部件的使用壽命。
【附圖說明】
[0018]圖1是抽氣回?zé)崾接袡C(jī)朗肯循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收系統(tǒng)的示意圖；
[0019]圖中:1、發(fā)動(dòng)機(jī)；2、壓氣機(jī)；3、禍輪；4排氣溫度傳感器；5、電磁閥一 ；6、電磁閥二 ；12、電磁閥三；13、電磁閥四；21、電磁閥五；25、電磁閥六；27、電磁閥七；28、電磁閥八；30、電磁閥九；31、電磁閥十；35、電磁閥^ ;37、電磁閥十二 ；7、蒸發(fā)器出口排氣溫度傳感器；8、蒸發(fā)器；9蒸發(fā)器出口工質(zhì)溫度傳感器；10、蒸發(fā)器出口工質(zhì)壓力傳感器；11、工質(zhì)質(zhì)量流量計(jì)；14、膨脹機(jī)；15、發(fā)電機(jī)；16、膨脹機(jī)抽氣口工質(zhì)壓力傳感器；17、冷凝器；18、水泵；19、散熱器；20、儲(chǔ)液罐；22、工質(zhì)過濾器；23、工質(zhì)泵；24、工質(zhì)泵出口工質(zhì)壓力傳感器；26、膨脹閥；29、閉式回?zé)崞鳎?2、開式回?zé)崞鳎?3、工質(zhì)泵；34、開式回?zé)崞鬟M(jìn)口工質(zhì)壓力傳感器36、工質(zhì)泵；38、控制單元。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0021]如圖1所示，抽氣回?zé)崾接袡C(jī)朗肯循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、開式抽氣回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)、閉式抽氣回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。上述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)(I)、壓氣機(jī)(2)、渦輪(3)、進(jìn)氣通路、排氣通路。上述開式抽氣回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，包括蒸發(fā)器(8)、工質(zhì)質(zhì)量流量計(jì)(11)、膨脹機(jī)(14)、發(fā)電機(jī)(15)、冷凝器(17)、儲(chǔ)液罐(20)、工質(zhì)過濾器(22)、工質(zhì)泵(23)、開式回?zé)崞?32)、工質(zhì)泵(36)以及連接它們的管路；上述閉式抽氣回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，包括蒸發(fā)器(8)、工質(zhì)質(zhì)量流量計(jì)(11)、膨脹機(jī)(14)、發(fā)電機(jī)(15)、冷凝器(17)、儲(chǔ)液罐(20)、工質(zhì)過濾器
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