CN105587427A - 基于有机朗肯循环的发动机余热回收发电*** - Google Patents

基于有机朗肯循环的发动机余热回收发电*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于有机朗肯循环的发动机余热回收发电***，包括：吸热子***、透平发电子***和回收子***，将液态有机工质依次与发动机缸套水和烟气进行热交换，吸收发动机缸套水和烟气的余热，生成过热有机工质蒸气并利用过热有机工质蒸气做功发电，将做功后的有机工质蒸气冷却为液态有机工质，并将液态有机工质提供给吸热子***。本发明可以对发动机余热进行梯度利用，能量利用率高，回收效果好，降低了***的不可逆损失，热量利用方法灵活多样，透平发电机组的结构紧凑，体积小，在体积增加不大的情况下，输出功率可以增加进一倍，轴承支撑结构简单、可靠性高、成本低，机械效率高。

Description

基于有机朗肯循环的发动机余热回收发电***
技术领域
本发明涉及发动机余热回收领域，特别涉及一种基于有机朗肯循环的发动机余热回收发电***。
背景技术
有机朗肯循环***利用低品位热源使有机工质蒸汽带动透平膨胀机发电，是回收利用低温余热的有效途径。例如发动机缸套水以及废气余热量，占燃油燃烧产生总热量的60％～70％，合理的回收这部分余热可以极大的提高发动的经济性。现有的低温余热回收利用与发电技术中，有机朗肯循环发电***具有简单，发电效率相对较高等优点。有机朗肯循环多用于地热及工业废热的回收，膨胀机是有机朗肯循环发电***中的热转功部件，器性能直接影响着***的发电效率。为了回收发动机缸套水余热以及烟气余热发电，本领域亟待需要一种有机朗肯循环发电装置的体积小，单位体积功率大的有机朗肯循环发电***及装置，以提高发动机的经济性。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明提供了一种基于有机朗肯循环的发动机余热回收发电***。
(二)技术方案
本发明提供了一种基于有机朗肯循环的发动机余热回收发电***，包括：吸热子***、透平发电子***和回收子***；其中，所述吸热子***，将液态有机工质依次与发动机缸套水和烟气进行热交换，吸收所述发动机缸套水和烟气的余热，生成过热有机工质蒸气；所述透平发电子***，其进气口连接所述吸热子***的出气口，所述透平发电子***接收所述吸热子***生成的所述过热有机工质蒸气，利用所述过热有机工质蒸气做功发电；所述回收子***，其进气口连接所述透平发电子***的出气口，接收做功后的有机工质蒸气，将所述做功后的有机工质蒸气冷却为液态有机工质，并将所述液态有机工质提供给所述吸热子***。
优选地，所述透平发电子***包括第一膨胀透平201、第二膨胀透平202和发电机203，所述第一膨胀透平201、第二膨胀透平202和发电机203集成为一体，形成一体化集成透平发电机组，所述第一、第二膨胀透平201、202相互对称；所述一体化集成透平发电机组包括：机壳501、第一径向永磁悬浮轴承502、第二径向永磁悬浮轴承503、永磁电机绕组504、第一角接触球轴承505、第二角接触球轴承506、第一蜗壳507、第二蜗壳508、第一涡轮509、转轴510、永磁电机转子511和第二涡轮512。
优选地，所述第一、第二蜗壳507、508分别固定于所述机壳左、右两侧板，所述转轴510贯穿所述机壳左、右两侧板并延伸至所述第一、第二蜗壳内，所述第一径向永磁悬浮轴承502包括第一径向永磁悬浮轴承动环515和第一径向永磁悬浮轴承静环516，所述第二径向永磁悬浮轴承503包括第二径向永磁悬浮轴承动环517和第二径向永磁悬浮轴承静环518，所述第一、第二径向永磁悬浮轴承静环516、518分别固定于机壳内腔的两端，机壳内腔的所述第一径向永磁悬浮轴承静环右侧部位固定所述第一角接触球轴承505，所述第二径向永磁悬浮轴承静环左侧部位固定所述第二角接触球轴承506，所述第一、第二角接触球轴承505、506对所述转轴510进行轴向和径向支撑，所述第一、第二径向永磁悬浮轴承502、503提供径向辅助支撑，所述转轴的正中位置布置所述永磁电机转子511，所述永磁电机绕组504镶嵌于机壳内腔与永磁电机转子对应的位置，所述第一、第二涡轮509、512为完全相同的两块涡轮，其分别位于所述第一、第二蜗壳内，并对称固定于所述转轴的两端。
优选地，所述吸热子***将过热有机工质蒸气均分为两股相同的气流：第一股过热有机工质蒸气和第二股过热有机工质蒸气，所述第一股过热有机工质蒸气由第一蜗壳进气口513进入所述第一蜗壳507，所述第二股过热有机工质蒸气由第二蜗壳进气口519进入所述第二蜗壳508，并分别推动所述第一、第二涡轮509、512旋转做功，所述第一、第二涡轮509、512旋转带动同轴的所述永磁电机转子511旋转，所述永磁电机绕组504切割旋转的永磁电机转子的磁场磁力线，产生电能，推动所述第一、第二涡轮509、512旋转做功后的过热有机工质蒸气由第一蜗壳排气口514和第二蜗壳排气口520排出。
优选地，所述吸热子***包括：预热器101、蒸发器102、过热器103、第一阀门104和分流器105；所述预热器的第一入口连接所述回收子***，其第一出口连接所述蒸发器的入口，其第二入口连接发动机的缸套水阀门出口，其第二出口连接发动机的缸套水入口；所述蒸发器的出气口连接所述过热器的进气口，所述过热器的出气口连接所述第一阀门的进气口，发动机排烟管403依次接入所述过热器103和蒸发器102；所述第一阀门的出气口连接所述分流器的进气口，所述分流器的第一出气口和第二出气口连接所述透平发电子***，将过热有机工质蒸气均分为两股相同的气流，并输送至所述透平发电子***。
优选地，所述液态有机工质由预热器第一入口进入所述预热器101，其与发动机缸套水在所述预热器101中进行热交换而温度升高；热交换后的液态有机工质由所述预热器101进入所述蒸发器102，其与发动机排烟管中的烟气在所述蒸发器102中进行热交换，吸收发动机烟气的余热并生成饱和有机工质蒸气；所述饱和有机工质蒸气由所述蒸发器102进入所述过热器103，其在所述过热器103中进一步与发动机排烟管中的烟气进行热交换，进一步吸收发动机烟气的余热，饱和有机工质蒸气变为过热有机工质蒸气；所述过热有机工质蒸气由所述过热器103进入所述分流器105，经所述分流器105均分为两股气流，第一股过热有机工质蒸气由所述分流器第一出口气排出，第二股过热有机工质蒸气由所述分流器第二出气口排出。
优选地，所述过热器103和第一阀门104之间还设置一换热器；所述换热器的进气口连接所述过热器的出气口，其出气口连接所述第一阀门的进气口，发动机排烟管403先接入所述换热器，再依次接入所述过热器103和蒸发器102；温度过高的过热有机工质蒸气进入所述换热器中与发动机排烟管中的烟气进行热交换，烟气吸收温度过高的过热有机工质蒸气的热量温度升高，换热后的烟气再进入所述过热器103和蒸发器102与有机工质进行热交换。
优选地，所述回收子***包括：混合器301、回热器302、冷凝器303和工质泵304；所述混合器301接收做功后的有机工质蒸气，其进气口连接所述透平发电子***的出气口，其出气口连接所述回热器的进气口，所述回热器的出气口连接所述冷凝器的入口，所述冷凝器出口连接所述工质泵的入口，所述工质泵的出口连接所述回热器的入口，所述回热器的出口连接所述吸热子***的入口。
优选地，所述做功后的有机工质蒸气由所述透平发电子***的出气口排出，经由所述混合器301进入所述回热器302，再由所述回热器302进入所述冷凝器303，其在所述冷凝器303中冷却降温变为液态有机工质，所述工质泵304对所述液态有机工质加压，并将所述液态有机工质泵至所述回热器302，所述液态有机工质在所述回热器302中与流经所述回热器的所述做功后的有机工质蒸气进行热交换，由所述回热器302流出后进入所述吸热子***。
优选地，所述回收子***的混合器301和冷凝器303之间还设置一旁通阀305；所述旁通阀的进气口连接所述混合器的出气口，其出气口连接所述冷凝器的入口，由所述混合器流出的所述做功后的有机工质蒸气可经由所述旁通阀305直接进入所述冷凝器303，冷凝热量给发动机所在的车辆内部供热。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明的基于有机朗肯循环的发动机余热回收发电***具有以下有益效果：
(1)吸热子***、透平发电子***和回收子***组成发动机余热回收发电***，可以对发动机缸套水余热和烟气余热进行梯度利用，能量利用率高，回收效果好；
(2)可在过热器和第一阀门之间设置一换热器，对温度过高的过热有机工质蒸气的多余热量进行利用，进一步增强了烟气余热的梯级利用效率，降低了***的不可逆损失；
(3)可在回收子***的混合器和冷凝器之间设置一旁通阀，通过控制旁通阀的开度，调节流经回热器和直接流入冷凝器的过热有机工质蒸气量，热量利用方法灵活多样；
(4)采用双膨胀透平结构，发电机布置在一体化集成透平发电机组内部，且同轴布置，使透平发电机组的结构更紧凑，体积更小，在体积增加不大的情况下，输出功率可以增加进一倍；
(5)轴承支撑不需要复杂的控制***，结构简单、可靠性高、成本低；无需外接供气装置，降低了***的复杂程度，增加了***的整体能效，启动方便，容易保管维护，可靠性好；降低了滚动轴承的径向承载，减小了轴承摩擦带来的功率损失，不损失工艺气体，可改善***循环的效率；永磁电机转子布置在转轴上，与透平转子共用同一转轴，减少了中间的减速和连接机构，机械效率更高，结构更为紧凑。
附图说明
图1为本发明实施例的基于有机朗肯循环的发动机余热回收发电***的结构示意图；
图2为本发明实施例的一体化集成透平发电机组的后视图、右视图和上视图；
图3为本发明实施例的一体化集成透平发电机组A-A方向的剖面图。
【符号说明】
101-预热器；102-蒸发器；103-过热器；104-第一阀门；105-分流器；
201-第一膨胀透平；202-第二膨胀透平；203-发电机；
301-混合器；302-回热器；303-冷凝器；304-工质泵；305-旁通阀；
401-发动机；402-缸套水阀门；403-排烟管；
501-机壳；502-第一径向永磁悬浮轴承；503-第二径向永磁悬浮轴承；504-永磁电机绕组；505-第一角接触球轴承；506-第二角接触球轴承；507-第一蜗壳；508-第二蜗壳；509-第一涡轮；510-转轴；511-永磁电机转子；512-第二涡轮；513-第一蜗壳进气口；514-第一蜗壳排气口；515-第一径向永磁悬浮轴承动环；516-第一径向永磁悬浮轴承静环；517-第二径向永磁悬浮轴承动环；518-第二径向永磁悬浮轴承静环；519-第二蜗壳进气口；520-第二蜗壳排气口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的基于有机朗肯循环的发动机余热回收发电***，可对发动机的缸套水余热和烟气余热进行回收利用。
参见图1，本发明第一实施例的一种基于有机朗肯循环的发动机余热回收发电***，其包括吸热子***、透平发电子***和回收子***。
吸热子***，其中的液态有机工质依次与发动机的缸套水和烟气进行热交换，吸收发动机缸套水和烟气的余热，生成过热有机工质蒸气。
透平发电子***，其进气口连接吸热子***的出气口，该透平发电子***接收该吸热子***生成的过热有机工质蒸气，利用过热有机工质蒸气做功发电。
回收子***，其进气口连接透平发电子***的出气口，接收做功后的有机工质蒸气，将做功后的有机工质蒸气冷却为液态有机工质，并将液态有机工质提供给吸热子***。
优选地，该有机工质为R134a。
其中，该吸热子***包括预热器101、蒸发器102、过热器103、第一阀门104、分流器105，该预热器的第一入口连接回收子***，第一出口连接蒸发器的入口，预热器的第二入口连接发动机的缸套水阀门出口，其第二出口连接发动机的缸套水入口，该预热器101用于液态有机工质与发动机缸套水进行热交换以预热液态有机工质。发动机的缸套水出口连接缸套水阀门入口，发动机401经由缸套水阀门402、预热器101组成一缸套水循环***。
该蒸发器的出气口连接过热器的进气口，该过热器的出气口连接第一阀门的进气口，发动机排烟管403依次接入过热器103和蒸发器102，蒸发器102用于液态有机工质与发动机排烟管中的烟气进行热交换，生成饱和有机工质蒸气，过热器103用于饱和有机工质蒸气与发动机排烟管中的烟气进行进一步的热交换，生成过热有机工质蒸气。
第一阀门的出气口连接分流器的进气口，分流器的第一出气口和第二出气口连接透平发电子***，将过热有机工质蒸气输送至透平发电子***。
其中，透平发电子***包括第一膨胀透平201、第二膨胀透平202和发电机203，第一膨胀透平的进气口连接分流器的第一出气口，第二膨胀透平的进气口连接分流器的第二出气口，过热有机工质蒸气驱动第一膨胀透平201和第二膨胀透平202做功并带动发电机203发电，回收利用发动机余热。
其中，回收子***包括混合器301、回热器302、冷凝器303和工质泵304，混合器301接收做功后的有机工质蒸气，其第一进气口连接第一膨胀透平的出气口，其第二进气口连接第二膨胀透平的出气口，其出气口连接回热器的进气口，回热器的出气口连接冷凝器的入口，冷凝器出口连接工质泵的入口，工质泵的出口连接回热器的入口，回热器的出口连接预热器的第一入口，该回热器302用于做功后的有机工质蒸气与工质泵出口的液态有机工质进行热交换，冷凝器303用于将做功后的有机工质蒸气冷却为液态有机工质，工质泵304用于对液态有机工质加压并将其经回热器302输送至吸热子***。
本发明第一实施例的一种基于有机朗肯循环的发动机余热回收发电***，打开缸套水阀门402，发动机缸套水经缸套水阀门402由预热器第二入口进入预热器101，液态有机工质由预热器第一入口进入预热器101，缸套水和液态有机工质在预热器101中进行热交换，液态有机工质吸收缸套水的余热而温度升高。
热交换后的缸套水温度降低由预热器第二出口排出并经缸套水入口回流至发动机401，完成一个缸套水循环，缸套水经发动机内部后温度升高，再由缸套水出口流出，不断循环工作。
热交换后的液态有机工质由预热器的第一出口流出并经蒸气器的入口进入蒸发器102，液态有机工质与发动机排烟管中的烟气在蒸发器102中进行热交换，吸收发动机烟气的余热并生成饱和有机工质蒸气。
饱和有机工质蒸气由蒸发器的出气口流出，并经过热器的进气口进入过热器103，饱和有机工质蒸气在过热器103中进一步与发动机排烟管中的烟气进行热交换，进一步吸收发动机烟气的余热，饱和有机工质蒸气变为过热有机工质蒸气。
过热有机工质蒸气由过热器的出气口流出，经第一阀门104进入分流器105，经分流器105均分为两股气流，第一股过热有机工质蒸气由分流器第一出口气排出，第二股过热有机工质蒸气由分流器第二出气口排出。
第一股过热有机工质蒸气由第一膨胀透平的进气口进入第一膨胀透平201，第二股过热有机工质蒸气由第二膨胀透平的进气口进入第二膨胀透平202，第一股过热有机工质蒸气和第二股过热有机工质蒸气分别驱动第一膨胀透平201和第二膨胀透平202做功，第一膨胀透平201和第二膨胀透平202带动发电机203发电，实现发动机余热回收发电。
做功后的第一股过热有机工质蒸气和第二股过热有机工质蒸气分别由第一膨胀透平和第二膨胀透平的出气口排出，并进入混合器301，在混合器301中合为一股过热有机工质蒸气，过热有机工质蒸气由混合器出气口流出并经回热器的进气口进入回热器302，再由回热器的出气口流出并经冷凝器的入口进入冷凝器303，过热有机工质蒸气在冷凝器303中冷却降温，变为液态有机工质，工质泵304对液态有机工质加压，将其压力增加到蒸发温度对应的压力，并将液态有机工质泵至回热器302，液态有机工质在回热器302中与流经回热器的上述过热有机工质蒸气进行热交换，以提高液态有机工质的温度，由回热器302流出后由预热器第一入口进入预热器101，完成一个工作循环，有机工质循环流动，发动机余热回收发电***不断循环工作，实现发动机余热回收利用。
本发明的第二实施例的基于有机朗肯循环的发动机余热回收发电***，为了达到简要说明的目的，上述第一实施例中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。
其中，该吸热子***的过热器103和第一阀门104之间还设置一换热器，该换热器的进气口连接过热器的出气口，其出气口连接第一阀门的进气口，发动机排烟管403先接入换热器，再依次接入过热器103和蒸发器102。
当过热器103中生成的过热有机工质蒸气温度过高时，过热有机工质蒸气进入换热器中与发动机排烟管中的烟气进行热交换，烟气吸收过热有机工质蒸气的热量温度升高，换热后的烟气再进入过热器103和蒸发器102与有机工质进行热交换。
本发明的第二实施例的基于有机朗肯循环的发动机余热回收发电***，可对温度过高的过热有机工质蒸气的多余热量进行利用，进一步增强了烟气余热的梯级利用效率，降低了***的不可逆损失。
本发明的第三实施例的基于有机朗肯循环的发动机余热回收发电***，为了达到简要说明的目的，上述任一实施例中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。
其中，该回收子***的混合器301和冷凝器303之间还设置一旁通阀305，该旁通阀的进气口连接混合器的出气口，其出气口连接冷凝器的入口。旁通阀305打开后，由混合器流出的做功后的过热有机工质蒸气可经由旁通阀305直接进入冷凝器303，冷凝热量可以给发动机所在的车辆内部供热。
本发明的第三实施例的基于有机朗肯循环的发动机余热回收发电***，可通过控制旁通阀的开度，调节流经回热器302和直接流入冷凝器的过热有机工质蒸气量，热量利用方法灵活多样。
本发明的第四实施例的基于有机朗肯循环的发动机余热回收发电***，为了达到简要说明的目的，上述任一实施例中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。请参见图2和图3，图2为分别本发明第四实施例的一体化集成透平发电机组的后视图、右视图和上视图，图3为本发明第四实施例的一体化集成透平发电机组的A-A方向的剖面图。
第一膨胀透平201、第二膨胀透平202和发电机203集成为一体，形成一体化集成透平发电机组，第一膨胀透平201与第二膨胀透平202相互对称，其包括运动组件和静止组件，静止组件包括机壳501、永磁电机绕组504、第一径向永磁悬浮轴承502、第二径向永磁悬浮轴承503、第一角接触球轴承505、第二角接触球轴承506、第一蜗壳507和第二蜗壳508；运动组件包括第一涡轮509、转轴510、永磁电机转子511和第二涡轮512。
其中，第一蜗壳507和第二蜗壳508分别固定于机壳501左、右两侧板，转轴510贯穿机壳501左、右两侧板并延伸至第一蜗壳507内和第二蜗壳508内，第一径向永磁悬浮轴承502包括第一径向永磁悬浮轴承动环515和第一径向永磁悬浮轴承静环516，第二径向永磁悬浮轴承503包括第二径向永磁悬浮轴承动环517和第二径向永磁悬浮轴承静环518，第一径向永磁悬浮轴承静环516和第二径向永磁悬浮轴承静环518分别固定于机壳501内腔的两端，机壳501内腔的第一径向永磁悬浮轴承静环516右侧部位固定第一角接触球轴承505，第二径向永磁悬浮轴承静环518左侧部位固定第二角接触球轴承506，第一、第二角接触球轴承505、506对转轴510进行轴向和径向支撑，第一径向永磁悬浮轴承502和第二径向永磁悬浮轴承503提供径向辅助支撑，转轴的正中位置布置永磁电机转子511，永磁电机绕组504镶嵌于机壳501内腔与永磁电机转子对应的位置，第一涡轮509和第二涡轮512为完全相同的两块涡轮，其分别位于第一蜗壳507和第二蜗壳508，对称固定于转轴的两端，即第一涡轮509、永磁电机转子511以及第二涡轮512固定在同一根转轴510上。
由于一体化集成透平发电机组的两个膨胀透平对称，需要保证进入两个膨胀透平中的过热有机工质蒸气相同。当一体化集成透平发电机组工作时，分流器105将过热有机工质蒸气均分为两股相同的气流：第一股过热有机工质蒸气和第二股过热有机工质蒸气，第一股过热有机工质蒸气由第一蜗壳进气口513进入第一蜗壳507，第二股过热有机工质蒸气由第二蜗壳进气口519进入第二蜗壳508，过热有机工质蒸气先通过蜗壳的渐缩管，气体速度逐渐增加，然后由蜗壳的导气环引入到第一涡轮509和第二涡轮512，过热有机工质蒸气推动第一涡轮509和第二涡轮512旋转做功，第一涡轮509和第二涡轮512旋转带动同轴的永磁电机转子511旋转，永磁电机绕组504切割旋转的永磁电机转子的磁场磁力线，产生电能，推动第一涡轮509和第二涡轮512旋转做功后的过热有机工质蒸气由第一蜗壳排气口514和第二蜗壳排气口520排出。
本实施例中的一体化集成透平发电机组，采用双膨胀透平结构，发电机203布置在一体化集成透平发电机组内部，且同轴布置，使透平发电机组的结构更紧凑，体积更小，在体积增加不大的情况下，输出功率可以增加进一倍；采用角接触球轴承混合径向永磁悬浮轴承支撑，径向永磁悬浮轴承***的轴向稳定通过左右两侧的角接触球轴承来实现，径向由两对成中间截面对称的耦合磁环-动环和静环之间的磁斥力来实现稳定。径向永磁悬浮轴承作为角接触球轴承的辅助支撑，可为转轴提供径向的悬浮力，将角接触球轴承的承载卸载60％左右，大大延长角接触球轴承的使用寿命。转轴工作转速可达60000～80000转/分钟。与主动控制的电磁轴承相比，径向永磁悬浮轴承不需要复杂的控制***，结构简单、可靠性高、成本低，适合应用于需要长期稳定运行的微小型动力装置。与常规气体轴承支承相比，无需外接供气装置，降低了***的复杂程度，增加了***的整体能效，启动方便，容易保管维护，可靠性好。与常规滚动轴承相比，联合径向永磁悬浮轴承使用，降低了滚动轴承的径向承载，减小了轴承摩擦带来的功率损失，不损失工艺气体，可改善***循环的效率。永磁电机转子布置在转轴上，与透平转子共用同一转轴，减少了中间的减速和连接机构，机械效率更高，结构更为紧凑。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：
(1)还可以采用其他类型膨胀透平；
(2)本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值；
(3)实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围；
(4)上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
综上所述，本发明提供的一种基于有机朗肯循环的发动机余热回收发电***，可以对发动机缸套水余热和烟气余热进行梯度利用，能量利用率高，回收效果好；可对温度过高的过热有机工质蒸气的多余热量进行利用，进一步增强了烟气余热的梯级利用效率，降低了***的不可逆损失；可通过控制旁通阀的开度，调节流经回热器302和直接流入冷凝器的过热有机工质蒸气量，热量利用方法灵活多样；采用双膨胀透平结构，发电机布置在一体化集成透平发电机组内部，且同轴布置，使透平发电机组的结构更紧凑，体积更小，在体积增加不大的情况下，输出功率可以增加进一倍，轴承支撑不需要复杂的控制***，结构简单、可靠性高、成本低；无需外接供气装置，降低了***的复杂程度，增加了***的整体能效，启动方便，容易保管维护，可靠性好；降低了滚动轴承的径向承载，减小了轴承摩擦带来的功率损失，不损失工艺气体，可改善***循环的效率；永磁电机转子布置在转轴上，与透平转子共用同一转轴，减少了中间的减速和连接机构，机械效率更高，结构更为紧凑。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于有机朗肯循环的发动机余热回收发电***，其特征在于，包括：吸热子***、透平发电子***和回收子***；其中，
所述吸热子***，将液态有机工质依次与发动机缸套水和烟气进行热交换，吸收所述发动机缸套水和烟气的余热，生成过热有机工质蒸气；
所述透平发电子***，其进气口连接所述吸热子***的出气口，所述透平发电子***接收所述吸热子***生成的所述过热有机工质蒸气，利用所述过热有机工质蒸气做功发电；
所述回收子***，其进气口连接所述透平发电子***的出气口，接收做功后的有机工质蒸气，将所述做功后的有机工质蒸气冷却为液态有机工质，并将所述液态有机工质提供给所述吸热子***。
2.如权利要求1所述的发动机余热回收发电***，其特征在于，所述透平发电子***包括第一膨胀透平(201)、第二膨胀透平(202)和发电机(203)，所述第一膨胀透平(201)、第二膨胀透平(202)和发电机(203)集成为一体，形成一体化集成透平发电机组，所述第一、第二膨胀透平(201)、(202)相互对称；
所述一体化集成透平发电机组包括：机壳(501)、第一径向永磁悬浮轴承(502)、第二径向永磁悬浮轴承(503)、永磁电机绕组(504)、第一角接触球轴承(505)、第二角接触球轴承(506)、第一蜗壳(507)、第二蜗壳(508)、第一涡轮(509)、转轴(510)、永磁电机转子(511)和第二涡轮(512)。
3.如权利要求2所述的发动机余热回收发电***，其特征在于，所述第一、第二蜗壳(507)、(508)分别固定于所述机壳左、右两侧板，所述转轴(510)贯穿所述机壳左、右两侧板并延伸至所述第一、第二蜗壳内，所述第一径向永磁悬浮轴承(502)包括第一径向永磁悬浮轴承动环(515)和第一径向永磁悬浮轴承静环(516)，所述第二径向永磁悬浮轴承(503)包括第二径向永磁悬浮轴承动环(517)和第二径向永磁悬浮轴承静环(518)，所述第一、第二径向永磁悬浮轴承静环(516)、(518)分别固定于机壳内腔的两端，机壳内腔的所述第一径向永磁悬浮轴承静环右侧部位固定所述第一角接触球轴承(505)，所述第二径向永磁悬浮轴承静环左侧部位固定所述第二角接触球轴承(506)，所述第一、第二角接触球轴承(505)、(506)对所述转轴(510)进行轴向和径向支撑，所述第一、第二径向永磁悬浮轴承(502)、(503)提供径向辅助支撑，所述转轴的正中位置布置所述永磁电机转子(511)，所述永磁电机绕组(504)镶嵌于机壳内腔与永磁电机转子对应的位置，所述第一、第二涡轮(509)、(512)为完全相同的两块涡轮，其分别位于所述第一、第二蜗壳内，并对称固定于所述转轴的两端。
4.如权利要求3所述的发动机余热回收发电***，其特征在于，所述吸热子***将过热有机工质蒸气均分为两股相同的气流：第一股过热有机工质蒸气和第二股过热有机工质蒸气，所述第一股过热有机工质蒸气由第一蜗壳进气口(513)进入所述第一蜗壳(507)，所述第二股过热有机工质蒸气由第二蜗壳进气口(519)进入所述第二蜗壳(508)，并分别推动所述第一、第二涡轮(509)、(512)旋转做功，所述第一、第二涡轮(509)、(512)旋转带动同轴的所述永磁电机转子(511)旋转，所述永磁电机绕组(504)切割旋转的永磁电机转子的磁场磁力线，产生电能，推动所述第一、第二涡轮(509)、(512)旋转做功后的过热有机工质蒸气由第一蜗壳排气口(514)和第二蜗壳排气口(520)排出。
5.如权利要求1所述的发动机余热回收发电***，其特征在于，所述吸热子***包括：预热器(101)、蒸发器(102)、过热器(103)、第一阀门(104)和分流器(105)；
所述预热器的第一入口连接所述回收子***，其第一出口连接所述蒸发器的入口，其第二入口连接发动机的缸套水阀门出口，其第二出口连接发动机的缸套水入口；
所述蒸发器的出气口连接所述过热器的进气口，所述过热器的出气口连接所述第一阀门的进气口，发动机排烟管(403)依次接入所述过热器(103)和蒸发器(102)；
所述第一阀门的出气口连接所述分流器的进气口，所述分流器的第一出气口和第二出气口连接所述透平发电子***，将过热有机工质蒸气均分为两股相同的气流，并输送至所述透平发电子***。
6.如权利要求5所述的发动机余热回收发电***，其特征在于，所述液态有机工质由预热器第一入口进入所述预热器(101)，其与发动机缸套水在所述预热器(101)中进行热交换而温度升高；
热交换后的液态有机工质由所述预热器(101)进入所述蒸发器(102)，其与发动机排烟管中的烟气在所述蒸发器(102)中进行热交换，吸收发动机烟气的余热并生成饱和有机工质蒸气；
所述饱和有机工质蒸气由所述蒸发器(102)进入所述过热器(103)，其在所述过热器(103)中进一步与发动机排烟管中的烟气进行热交换，进一步吸收发动机烟气的余热，饱和有机工质蒸气变为过热有机工质蒸气；
所述过热有机工质蒸气由所述过热器(103)进入所述分流器(105)，经所述分流器(105)均分为两股气流，第一股过热有机工质蒸气由所述分流器第一出口气排出，第二股过热有机工质蒸气由所述分流器第二出气口排出。
7.如权利要求6所述的发动机余热回收发电***，其特征在于，所述过热器(103)和第一阀门(104)之间还设置一换热器；
所述换热器的进气口连接所述过热器的出气口，其出气口连接所述第一阀门的进气口，发动机排烟管(403)先接入所述换热器，再依次接入所述过热器(103)和蒸发器(102)；
温度过高的过热有机工质蒸气进入所述换热器中与发动机排烟管中的烟气进行热交换，烟气吸收温度过高的过热有机工质蒸气的热量温度升高，换热后的烟气再进入所述过热器(103)和蒸发器(102)与有机工质进行热交换。
8.如权利要求1所述的发动机余热回收发电***，其特征在于，所述回收子***包括：混合器(301)、回热器(302)、冷凝器(303)和工质泵(304)；
所述混合器(301)接收做功后的有机工质蒸气，其进气口连接所述透平发电子***的出气口，其出气口连接所述回热器的进气口，所述回热器的出气口连接所述冷凝器的入口，所述冷凝器出口连接所述工质泵的入口，所述工质泵的出口连接所述回热器的入口，所述回热器的出口连接所述吸热子***的入口。
9.如权利要求8所述的发动机余热回收发电***，其特征在于，所述做功后的有机工质蒸气由所述透平发电子***的出气口排出，经由所述混合器(301)进入所述回热器(302)，再由所述回热器(302)进入所述冷凝器(303)，其在所述冷凝器(303)中冷却降温变为液态有机工质，所述工质泵(304)对所述液态有机工质加压，并将所述液态有机工质泵至所述回热器(302)，所述液态有机工质在所述回热器(302)中与流经所述回热器的所述做功后的有机工质蒸气进行热交换，由所述回热器(302)流出后进入所述吸热子***。
10.如权利要求9所述的发动机余热回收发电***，其特征在于，所述回收子***的混合器(301)和冷凝器(303)之间还设置一旁通阀(305)；
所述旁通阀的进气口连接所述混合器的出气口，其出气口连接所述冷凝器的入口，由所述混合器流出的所述做功后的有机工质蒸气可经由所述旁通阀(305)直接进入所述冷凝器(303)，冷凝热量给发动机所在的车辆内部供热。
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