CN105003328B - 一种汽车尾气余热回收利用的冷电联产*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种汽车尾气余热回收利用的冷电联产***，用以将汽车尾气的余热回收发电和制冷，包括：有机朗肯装置：通过与汽车发动机的排气管排出的尾气进行热交换，获取尾气余热的能量，并通过循环工质对外机械做功；发电装置：与有机朗肯装置连接，获取机朗肯装置的机械能发电；制冷装置：与有机朗肯装置连接，获取机朗肯装置的机械能制冷；调控装置：分别与有机朗肯装置、发电装置和制冷装置连接，根据负荷大小对有机朗肯装置对外机械做功进行控制；冷却回路：分别与有机朗肯装置和制冷装置连接，与有机朗肯装置和制冷装置进行热交换。与现有技术相比，本发明具有减少污染、节能、能量充分利用、降低成本等优点。
Description
技术领域
本发明涉及发动机尾气余热回收利用技术领域，尤其是涉及一种汽车尾气余热回收利用的冷电联产***。
背景技术
随着人民生活水平的提高，汽车保有量越来越大，汽车能源消耗在总能源消耗中所占的比例越来越高，汽车的节能、减排技术已经成为当今世界汽车工业发展的主题之一，提高汽车燃料的利用率、减少环境污染在我国具有重要的战略意义。尤其是对于长途运输的冷藏车而言，尤为重要，是减小发动机油耗，降低运输成本的一个重要途径。
目前汽车发动机，尤其是重型运输车辆的发动机，会排出大量400～600℃的中高温尾气，其能量利用率普遍比较低，研究表明，发动机转变为有效功的热当量仅占燃料燃烧发热量的30～45％(柴油发动机)或20～30％(汽油发动机)，以冷却水余热、润滑油余热和排气余热等形式排入大气中。如果能够将这部分能量进行回收利用，对提高发动机能量的利用率和降低环境污染具有重要意义。
目前大多数车用制冷***是通过发动机驱动压缩机实现制冷的，这种方式需要消耗一定量的汽车发动机动力，增加了油耗和废气排放，减少了汽车的运输能力，而且可能引起水箱过热，影响汽车动力性能。
如果能够利用合适的技术回收利用汽车尾气余热，为汽车提供电能和制冷量，不仅解决了尾气排放造成的环境污染问题，节约了汽车能耗，同时免除了传统车用制冷***带来的汽车动力性不足等问题，一定程度上减轻了尾气冷却***的负担，具有广泛的应用前景。
中国专利101722835A公开了一种汽车尾气余热发电装置，包括前排气管、后排气管、热交换器、泵、冷凝器、膨胀机、发电机、调压电路和车用蓄电池，前排气管分别与尾气排放口和热交换器入口连接，后排气管分别与热交换器出口和外界空气相连，冷凝器入口和膨胀机和泵的出口相连，泵的入口和冷凝器相连，由于此发明的汽车尾气余热发电装置只能将余热用来发电，并且热能利用率低，不能满足节能的要求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种减少污染、节能、能量充分利用、降低成本的汽车尾气余热回收利用的冷电联产***。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种汽车尾气余热回收利用的冷电联产***，用以将汽车尾气的余热回收发电和制冷，包括：
有机朗肯装置：通过与汽车发动机的排气管排出的尾气进行热交换，获取尾气余热的能量，并通过循环工质对外机械做功；
发电装置：与有机朗肯装置连接，获取机朗肯装置的机械能发电；
制冷装置：与有机朗肯装置连接，获取机朗肯装置的机械能制冷；
调控装置：分别与有机朗肯装置、发电装置和制冷装置连接，根据发电装置和发电装置的负荷大小对有机朗肯装置对外机械做功进行控制；
冷却回路：分别与有机朗肯装置和制冷装置连接，与有机朗肯装置和制冷装置进行热交换。
所述的有机朗肯装置包括ORC蒸发器、回热器、膨胀机、有机工质泵、第一储液罐和第一冷凝器，所述的ORC蒸发器的有机工质管、膨胀机、回热器的乏气工质管、第一冷凝器、储液罐、有机工质泵和回热器的乏高压工质管形成有机工质回路，所述的冷凝器与冷却回路连接。
所述的发电装置包括调速器、发电机和汽车蓄电池，所述的膨胀机、调速器、发电机和汽车蓄电池依次连接。
所述的制冷装置包括制冷剂回路、载冷换热器和载冷剂回路，所述的膨胀机、制冷剂回路、载冷换热器和载冷剂回路依次连接。
所述的制冷剂回路包括压缩机、第二冷凝器、第二储液罐和节流器，所述的压缩机、第二冷凝器、第二储液罐、节流器和载冷换热器形成回路，所述的第二冷凝器与冷却回路连接。
所述的载冷剂回路包括冷藏箱和载冷剂循环泵，所述的冷藏箱内的冷却盘管、载冷剂循环泵和载冷换热器形成回路。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、减少污染、节能：回收利用了汽车发动机尾气的余热，减少了尾气排放造成的环境污染问题，同时也减轻了汽车尾气冷却装置的负担。
二、能量充分利用：本发明利用尾气余热作为热源既可以带动制冷***的压缩机运行，为冷藏箱等设备提供冷量，又可以带动发电机产生电能并存储，为汽车加速等路况提供动力，减少燃料消耗，避免传统车用***带来的汽车动力性不足、水箱过热等问题。
三、降低成本：可以避免由于为制冷***提供动力而造成发动机动力不足，还可以节省燃料，降低运输成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1、空气，2、汽车发动机，3、中高温尾气，4、ORC蒸发器，5、循环工质，6、膨胀机，7、回热器，8、第一冷凝器，9、第一储液罐，10、有机工质泵，11、冷却回路，12、汽车蓄电池，13、发电机，14、调速装置，15、调控装置，16、冷却回路，17、第二冷凝器，18、第二储液罐，19、节流器，20、载冷换热器，21、制冷循环工质，22、压缩机，23、载冷剂，24、载冷剂循环泵，25、冷却盘管，26、冷藏箱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例：
如图1所示，一种汽车尾气余热回收利用的冷电联产***，用以将汽车尾气的余热回收发电和制冷，包括：
有机朗肯装置：通过与汽车发动机2的排气管排出的尾气进行热交换，获取尾气余热的能量，并通过循环工质5对外机械做功，包括ORC蒸发器4、回热器7、膨胀机6、有机工质泵10、第一储液罐9和第一冷凝器8，ORC蒸发器4的有机工质管、膨胀机6、回热器7的乏气工质管、第一冷凝器8、储液罐9、有机工质泵10和回热器7的乏高压工质管形成有机工质回路，冷凝器8与冷却回路连接。
发电装置：与有机朗肯装置连接，获取机朗肯装置的机械能发电，包括调速器14、发电机13和汽车蓄电池12，膨胀机6、调速器14、发电机13和汽车蓄电池12依次连接；
制冷装置：与有机朗肯装置连接，获取机朗肯装置的机械能制冷，包括制冷剂回路、载冷换热器20和载冷剂回路，膨胀机6、制冷剂回路、载冷换热器和载冷剂回路依次连接，制冷剂回路包括压缩机22、第二冷凝器17、第二储液罐18和节流器19，压缩机22、第二冷凝器17、第二储液罐18、节流器19和载冷换热器20形成回路，第二冷凝器17与冷却回路连接，载冷剂回路包括冷藏箱26和载冷剂循环泵24，冷藏箱26内的冷却盘管25、载冷剂循环泵24和载冷换热器20形成回路；
冷却回路：分别与有机朗肯装置和制冷装置连接，与有机朗肯装置和制冷装置进行热交换；
调控装置15：分别与有机朗肯装置、发电装置和制冷装置连接，调控装置包括控制器、变速齿轮箱和功率传感器，功率传感器通过采集压缩机和发电机的运行功率，并发送给控制器处理，控制器根据处理后的结果对变速齿轮箱、节流器19、调速器14进行流速和转速的控制，从而根据发电装置和发电装置负荷大小对有机朗肯装置对外机械做功进行控制。
本发明的工作原理：
外部的空气1进入汽车发动机2，与燃料发生燃烧反应产生高压高温的中高温尾气3通过汽车发动机2给车辆提供动力，同时产生大量200-250℃的中高温尾气3，这些中高温尾气3通过排烟道中的ORC蒸发器4加热ORC***中的高压低温的液态有机工质，进入膨胀机6膨胀做功对外输出机械能带动制冷装置的压缩机22和发电机13运行，做功后从膨胀机6排出的乏气，先被即将进入ORC蒸发器4的高压低温工质在回热器7预冷，再进入第一冷凝器8中被冷凝成具有一定过冷度的低温低压液态工质进入第一储液罐9，随后第一储液罐9中的工质经有机工质泵10加压变成高压低温的液态工质，经膨胀机排出的乏气在回热器7种预热后进入ORC蒸发器4被中高温烟气加热变成高温高压的气体，完成一个循环。
ORC***的膨胀机6同时带动制冷循环的压缩机22和发电机13运行，发电机13产生的电能，存储在汽车蓄电池12中，为汽车的常用设备和整个冷电联产***的泵等耗电设备供电提供动力或者为汽车加速时提供动力，降低发动机的燃料耗费。
利用ORC***的膨胀机6输出的机械能带动制冷***压缩机22运行，将具有一定过热度的低压制冷剂工质压缩后变成高温高压的制冷剂工质，进入第二冷凝器17，被冷凝成具有一定过冷度的高压液态制冷剂工质，进入第二储液罐18储存，同时第二储液罐18中的制冷剂工质经过膨胀阀或者毛细管等节流器19，变成低压的制冷剂工质，进入载冷换热器20，在载冷换热器20中，低压制冷剂工质蒸发吸收载冷剂23的热量后变成一定过热度的低压工质，再被吸入压缩机22，完成一个制冷循环，同时低温载冷剂23进入空调器使冷藏箱26维持一定的低温，满足货物的冷藏要求。
本专利采用ORC***回收汽车尾气余热，同时输出电能和驱动制冷***运行输出冷能，这不仅实现了汽车尾气的余热回收利用，一定程度上减少了尾气冷却***的负担和尾气排放造成的环境污染问题，而且获得额外电能和车载冷藏箱的制冷，减小了其额外的燃料消耗，实现了节能减排和降低运输成本的目的。
Claims (5)
1.一种汽车尾气余热回收利用的冷电联产***，用以将汽车尾气的余热回收发电和制冷，其特征在于，包括：
有机朗肯装置：通过与汽车发动机(2)的排气管排出的尾气进行热交换，获取尾气余热的能量，并通过循环工质(5)对外机械做功,所述的有机朗肯装置包括ORC蒸发器(4)、回热器(7)、膨胀机(6)、有机工质泵(10)、第一储液罐(9)和第一冷凝器(8)，所述的ORC蒸发器(4)的有机工质管、膨胀机(6)、回热器(7)的乏气工质管、第一冷凝器(8)、储液罐(9)、有机工质泵(10)和回热器(7)的乏高压工质管形成有机工质回路，所述的冷凝器(8)与冷却回路连接；
发电装置：与有机朗肯装置连接，获取有机朗肯装置的机械能发电；
制冷装置：与有机朗肯装置连接，获取有机朗肯装置的机械能制冷；
调控装置(15)：分别与有机朗肯装置、发电装置和制冷装置连接，根据发电装置和发电装置的负荷大小对有机朗肯装置对外机械做功进行控制；
冷却回路：分别与有机朗肯装置和制冷装置连接，与有机朗肯装置和制冷装置进行热交换。
2.根据权利要求1所述的一种汽车尾气余热回收利用的冷电联产***，其特征在于，所述的发电装置包括调速器(14)、发电机(13)和汽车蓄电池(12)，所述的膨胀机(6)、调速器(14)、发电机(13)和汽车蓄电池(12)依次连接。
3.根据权利要求1所述的一种汽车尾气余热回收利用的冷电联产***，其特征在于，所述的制冷装置包括制冷剂回路、载冷换热器(20)和载冷剂回路，所述的膨胀机(6)、制冷剂回路、载冷换热器和载冷剂回路依次连接。
4.根据权利要求3所述的一种汽车尾气余热回收利用的冷电联产***，其特征在于，所述的制冷剂回路包括压缩机(22)、第二冷凝器(17)、第二储液罐(18)和节流器(19)，所述的压缩机(22)、第二冷凝器(17)、第二储液罐(18)、节流器(19)和载冷换热器(20)形成回路，所述的第二冷凝器(17)与冷却回路连接。
5.根据权利要求3所述的一种汽车尾气余热回收利用的冷电联产***，其特征在于，所述的载冷剂回路包括冷藏箱(26)和载冷剂循环泵(24)，所述的冷藏箱(26)内的冷却盘管(25)、载冷剂循环泵(24)和载冷换热器(20)形成回路。
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