CN103615338A - 内燃机余热双工质动力*** - Google Patents

内燃机余热双工质动力*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种涉及热能与动力领域的内燃机余热双工质动力***，包括内燃机冷却水道、排气热交换器和冷却水道热交换器，所述内燃机冷却水道经循环水泵与所述冷却水道热交换器的加热流体通道连通，所述冷却水道热交换器的被加热流体通道出口与所述排气热交换器的被加热流体通道入口连通，所述排气热交换器的被加热流体通道出口与做功机构的工质入口连通，所述做功机构的工质出口经冷凝冷却器与液体泵的液体入口连通，所述液体泵的液体出口与所述冷却水道热交换器的被加热流体通道入口连通。本发明所公开的内燃机余热双工质动力***，结构简单，制造成本低。

Description

内燃机余热双工质动力***
技术领域
本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种内燃机余热双工质动力***。
背景技术
内燃机余热利用的技术方案很多，但利用内燃机余热产生动力的装置大多结构复杂，制造成本高，因此需要发明一种结构简单、制造成本低的利用内燃机余热产生动力的***。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：
方案1：内燃机余热双工质动力***，包括内燃机冷却水道、排气热交换器和冷却水道热交换器，所述内燃机冷却水道经循环水泵与所述冷却水道热交换器的加热流体通道连通，所述冷却水道热交换器的被加热流体通道出口与所述排气热交换器的被加热流体通道入口连通，所述排气热交换器的被加热流体通道出口与做功机构的工质入口连通，所述做功机构的工质出口经冷凝冷却器与液体泵的液体入口连通，所述液体泵的液体出口与所述冷却水道热交换器的被加热流体通道入口连通。
方案2：内燃机余热双工质动力***，包括内燃机冷却水道、排气热交换器和冷却水道热交换器，所述内燃机冷却水道经循环水泵与所述冷却水道热交换器的加热流体通道连通，所述冷却水道热交换器的被加热流体通道出口与所述排气热交换器的被加热流体通道入口连通，所述排气热交换器的被加热流体通道出口与做功机构的工质入口连通，所述做功机构的工质出口经冷却器与压气机的工质入口连通，所述压气机的工质出口与所述冷却水道热交换器的被加热流体通道入口连通。
本发明的所有方案中，都可以选择性地将所述做功机构设为活塞式做功机构或设为叶轮式做功机构。
本发明的所有方案中，都可以选择性地将所述压气机设为活塞式压气机或设为叶轮式压气机。
本发明的所有设有所述压气机的方案中，都可以选择性的使所述做功机构对所述压气机输出动力。
本发明的所有方案中，都可以选择性地使所述排气热交换器的被加热流体通道出口处的承压能力大于0.5MPa。
本发明的所有方案中，都可以选择性地使所述冷却水道热交换器的被加热流体通道出口的承压能力大于0.5MPa。
本发明的所有方案中，都可以选择性地使所述冷却水道热交换器的被加热流体的质量流和所述排气热交换器的被加热流体的质量流相等。
本发明的原理是：在设有所述冷凝冷却器和所述液体泵的结构中，所述冷凝冷却器、所述做功机构和所述液体泵等构成的循环回路中的工质可以被所述冷凝冷却器降温冷凝为液体状态，在所述冷凝冷却器中被降温后的液态工质经所述液体泵后进入所述冷却水道热交换器和所述排气热交换器的被加热流体通道被所述内燃机冷却水道中的冷却液体和内燃机的排气加热，被加热汽化（可以是在所述冷却水道热交换器的被加热流体通道中汽化，也可以是在所述排气热交换器的被加热流体通道中汽化）后的工质进入所述做功机构推动所述做功机构输出动力，做功后的工质进入所述冷凝冷却器中被降温冷凝成液态工质，如此周而复始循环工作；在设有所述冷却器和所述压气机的结构中，所述冷却器、所述做功机构和所述压气机等构成的循环回路中的工质（例如氦气等惰性气体或氮气等）始终为气态，不会被所述冷却器降温冷凝；在所述冷却器中降温后的气体工质经所述压气机后进入所述冷却水道热交换器和所述排气热交换器的被加热流体通道被所述内燃机冷却水道中的冷却液体和内燃机的排气加热，被加热后的工质压力升高，然后进入所述做功机构推动所述做功机构输出动力，做功后的工质进入所述冷却器中被降温压力减小，如此周而复始循环工作。
本发明中，所谓的“做功机构”是指一切可以利用气体工质膨胀和/或流动产生动力的机构，例如活塞式做功机构、叶轮式做功机构、螺杆式做功机构、罗茨马达、喷管推进转子做功机构等。
本发明中，所述排气热交换器的被加热流体通道的工质出口处的承压能力大于0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa、1.0MPa、1.1MPa、1.2MPa、1.3MPa、1.4MPa、1.5MPa、1.6MPa、1.7MPa、1.8MPa、1.9MPa、2.0MPa、2.1MPa、2.2MPa、2.3MPa、2.4MPa或大于2.5MPa。
本发明中，所述冷凝冷却器、所述做功机构和所述液体泵等构成的循环回路中的工质的最大压力或所述冷却器、所述做功机构和所述压气机等构成的循环回路中的工质的最大压力与所述排气热交换器的被加热流体通道的工质出口处的承压能力相匹配，即所述冷凝冷却器、所述做功机构和所述液体泵等构成的循环回路中的工质的最大压力或所述冷却器、所述做功机构和所述压气机等构成的循环回路中的工质的最大压力达到所述排气热交换器的被加热流体通道的工质出口处的承压能力。
本发明中，所述冷却水道热交换器的被加热流体通道的工质出口处的承压能力大于0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa、1.0MPa、1.1MPa、1.2MPa、1.3MPa、1.4MPa、1.5MPa、1.6MPa、1.7MPa、1.8MPa、1.9MPa、2.0MPa、2.1MPa、2.2MPa、2.3MPa、2.4MPa或大于2.5MPa。
本发明中，所述冷却水道热交换器的被加热流体通道的工质出口处的工质的最大压力与其承压能力相匹配，即所述冷却水道热交换器的被加热流体通道的工质出口处的工质的最大压力达到所述冷却水道热交换器的被加热流体通道的工质出口的承压能力。
本发明中，所谓的“所述冷却水道热交换器的被加热流体的质量流和所述排气热交换器的被加热流体的质量流相等”是指流过所述冷却水道热交换器的被加热流体通道的被加热流体的质量和流过所述排气热交换器的被加热流体通道的被加热流体的质量相等。也就是说，流过所述冷却水道热交换器的被加热流体通道的被加热流体全部流过所述排气热交换器的被加热流体通道，并且没有流过所述冷却水道热交换器的被加热流体通道的被加热流体以外的其他流体流过所述排气热交换器的被加热流体通道。
本发明中，所谓的“排气热交换器的加热流体通道”是指设置在排气热交换器上的用于供加热流体通过的通道，所谓的“排气热交换器的被加热流体通道”是指设置在排气热交换器上的用于供被加热流体通过的通道，在排气热交换器中，温度升高的流体称为被加热流体，温度降低的流体称为加热流体。
本发明中，应根据热能与动力领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或***等。
    本发明的有益效果如下:
本发明所述内燃机余热双工质动力***，结构简单，制造成本低。
附图说明
图1、图2、图3所示的是本发明实施例1的结构示意图；
图4、图5、图6所示的是本发明实施例2的结构示意图； 
图7所示的是本发明实施例3的结构示意图，
其中：
1内燃机冷却水道、2排气热交换器、3冷却水道热交换器、4压气机、41活塞式压气机、42叶轮式压气机、5循环水泵、6做功机构、61活塞式做功机构、62叶轮式做功机构、71冷凝冷却器、72冷却器、8液体泵。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的内燃机余热双工质动力***，包括内燃机冷却水道1、排气热交换器2和冷却水道热交换器3，所述内燃机冷却水道1经循环水泵5与所述冷却水道热交换器3的加热流体通道连通，所述冷却水道热交换器3的被加热流体通道的工质出口与所述排气热交换器2的被加热流体通道的工质入口连通，所述排气热交换器2的被加热流体通道的工质出口与做功机构6的工质入口连通，所述做功机构6的工质出口经冷凝冷却器71与液体泵8的液体入口连通，所述液体泵8的液体出口与所述冷却水道热交换器3的被加热流体通道的工质入口连通。
本实施例中，所述做功机构6可以设为活塞式做功机构61（如图2所示），或设为叶轮式做功机构62（如图3所示）。
本实施例中，所述冷凝冷却器71、所述做功机构6和所述液体泵8等构成的循环回路中的工质在所述冷却水道热交换器3的被加热流体通道中被加热汽化。
实施例2
如图4所示的内燃机余热双工质动力***，包括内燃机冷却水道1、排气热交换器2和冷却水道热交换器3，所述内燃机冷却水道1经循环水泵5与所述冷却水道热交换器3的加热流体通道连通，所述冷却水道热交换器3的被加热流体通道的工质出口与所述排气热交换器2的被加热流体通道的工质入口连通，所述排气热交换器2的被加热流体通道的工质出口与做功机构6的工质入口连通，所述做功机构6的工质出口经冷却器72与压气机4的工质入口连通，所述压气机4的工质出口与所述冷却水道热交换器3的被加热流体通道的工质入口连通。
本实施例中，所述做功机构和所述压气机等构成的循环回路中的工质为氦气。选择性地，所述做功机构和所述压气机等构成的循环回路中的工质也可以选用其他惰性气体或者氮气等不会被所述冷却器降温冷凝的气体工质。
本实施例中，所述做功机构6可以设为活塞式做功机构61（如图5所示），或设为叶轮式做功机构62（如图6所示）。所述压气机4可以设为活塞式压气机41（如图6所示），或设为叶轮式压气机42（如图5所示）。
实施例3
如图7所示的内燃机余热双工质动力***，其在实施例2的基础上：所述做功机构6设为叶轮式做功机构62，所述压气机4设为叶轮式压气机42，所述叶轮式做功机构62对所述叶轮式压气机42输出动力。
本发明中，所述做功机构6和所述压气机4不限于上述实施例中列举的具体形式，可以采用任何其它合适的结构。
本发明中，可以独立的选择所述做功机构6和所述压气机4采用的具体结构形式，不受上述实施例给出的具体形式的限制，例如，当所述做功机构6设为活塞式做功机构61时，所述压气机4可以采用任何形式。
本发明的所有设置有所述压气机的实施方式中，都可以选择性地使所述做功机构6对所述压气机4输出动力。
以上任一实施例具体实施时，可选择性地设置所述排气热交换器2的被加热流体通道的工质出口处的承压能力大于0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa、1.0MPa、1.1MPa、1.2MPa、1.3MPa、1.4MPa、1.5MPa、1.6MPa、1.7MPa、1.8MPa、1.9MPa、2.0MPa、2.1MPa、2.2MPa、2.3MPa、2.4MPa或大于2.5MPa。
以上任一实施例具体实施时，可选择性地设置所述冷却水道热交换器3的被加热流体通道的工质出口处的承压能力大于0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa、1.0MPa、1.1MPa、1.2MPa、1.3MPa、1.4MPa、1.5MPa、1.6MPa、1.7MPa、1.8MPa、1.9MPa、2.0MPa、2.1MPa、2.2MPa、2.3MPa、2.4MPa或大于2.5MPa。 
以上任一实施例具体实施时，可选择性地使所述冷却水道热交换器3的被加热流体的质量流和所述排气热交换器2的被加热流体的质量流相等。
显然，本发明不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种内燃机余热双工质动力***，包括内燃机冷却水道（1）、排气热交换器（2）和冷却水道热交换器（3），其特征在于：所述内燃机冷却水道（1）经循环水泵（5）与所述冷却水道热交换器（3）的加热流体通道连通，所述冷却水道热交换器（3）的被加热流体通道的工质出口与所述排气热交换器（2）的被加热流体通道的工质入口连通，所述排气热交换器（2）的被加热流体通道的工质出口与做功机构（6）的工质入口连通，所述做功机构（6）的工质出口经冷凝冷却器（71）与液体泵（8）的液体入口连通，所述液体泵（8）的液体出口与所述冷却水道热交换器（3）的被加热流体通道的工质入口连通。
2.一种内燃机余热双工质动力***，包括内燃机冷却水道（1）、排气热交换器（2）和冷却水道热交换器（3），其特征在于：所述内燃机冷却水道（1）经循环水泵（5）与所述冷却水道热交换器（3）的加热流体通道连通，所述冷却水道热交换器（3）的被加热流体通道的工质出口与所述排气热交换器（2）的被加热流体通道的工质入口连通，所述排气热交换器（2）的被加热流体通道的工质出口与做功机构（6）的工质入口连通，所述做功机构（6）的工质出口经冷却器（72）与压气机（4）的工质入口连通，所述压气机（4）的工质出口与所述冷却水道热交换器（3）的被加热流体通道的工质入口连通。
3.如权利要求1或2所述内燃机余热双工质动力***，其特征在于：所述做功机构（6）设为活塞式做功机构（61）或设为叶轮式做功机构（62）。
4.如权利要求2所述内燃机余热双工质动力***，其特征在于：所述压气机（4）设为活塞式压气机（41）或设为叶轮式压气机（42）。
5.如权利要求2或4所述内燃机余热双工质动力***，其特征在于：所述做功机构（6）对所述压气机（4）输出动力。
6.如权利要求1或2所述内燃机余热双工质动力***，其特征在于：所述排气热交换器（2）的被加热流体通道的工质出口处的承压能力大于0.5MPa。
7.如权利要求1或2所述内燃机余热双工质动力***，其特征在于：所述冷却水道热交换器（3）的被加热流体通道的工质出口处的承压能力大于0.5MPa。
8.如权利要求1或2所述内燃机余热双工质动力***，其特征在于：所述冷却水道热交换器（3）的被加热流体的质量流和所述排气热交换器（2）的被加热流体的质量流相等。
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