CN220505151U - 一种内燃机的废热回收*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种内燃机的废热回收***包括依次管道连通的蒸发器、涡轮机、冷凝器以及泵体，蒸发器的出气端通过第一管道连通第一进气口，且第一管道上设有用于控制通断的第一阀门；蒸发器的出气端通过第二管道连通第二进气口，且第二管道上设有用于控制通断的第二阀门；第一阀门被配置为：废热回收***工作时打开，内燃机关机时关闭；第二阀门被配置为：废热回收***开机和关机时打开，废热回收***开机和关机完成后关闭。本实用新型通过在废热***关机时和开机时通过同时打开第一阀门和第二阀门；第一阀门关闭时，第二进气口向气浮轴承吹气，第一阀门打开时，第一进气口向气浮轴承吹气；以将气浮轴承附近的冷凝制冷剂或者低温制冷剂吹扫走，避免气浮轴承损伤。

Description

一种内燃机的废热回收***

技术领域

本实用新型涉及废热回收领域，尤其涉及一种内燃机的废热回收***。

背景技术

车用发动机中燃料燃烧所产生的能量中只有30％～45％(柴油机)或20％～30％(汽油机)用于动力输出，大约35％的能量通过发动机尾气排放到大气中。因此，通过技术手段回收发动机排气余热能对节能减排具有重要意义。在车用发动机余热回收技术领域中，有机朗肯循环(organic Rankine cycle，ORC)受到国内外的广泛关注。

传统ORC采用的涡轮膨胀通常为球轴承，转速不能过高，限制了涡轮膨胀机效率的提升与体积的缩小，同时球轴承为接触式轴承，容易磨损，影响膨胀机的寿命。

实用新型内容

鉴于目前存在的上述不足，本实用新型提供一种内燃机的废热回收***，能够达到减缓轴承损伤，提高能量回收效率的效果。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种内燃机的废热回收***包括依次管道连通的蒸发器、涡轮机、冷凝器以及泵体，所述涡轮机所用轴承为气浮轴承；

所述涡轮机包括涡轮部和电机部，所述涡轮部上设有第一进气口，所述电机部上设有第二进气口；

所述蒸发器的出气端通过第一管道连通所述第一进气口，且所述第一管道上设有用于控制通断的第一阀门；所述蒸发器的出气端通过第二管道连通所述第二进气口，且所述第二管道上设有用于控制通断的第二阀门；

所述第一阀门被配置为：废热回收***工作时打开，内燃机关机时关闭；所述第二阀门被配置为：废热回收***开机和关机时打开，废热回收***开机和关机完成后关闭；

第一阀门关闭时，第二进气口向气浮轴承吹气，第一阀门打开时，第一进气口向气浮轴承吹气。

在本实用新型的进一步方案中，所述涡轮部包括：

蜗壳，与所述电机部围设成涡轮腔体；

出气口，贯穿设置与所述蜗壳上，且与所述涡轮腔体相连通；以及

涡轮，设置于所述涡轮腔体内；

所述第一进气口贯穿设置于所述蜗壳上，且与所述涡轮腔体相连通。

在本实用新型的进一步方案中，所述电机部包括：

外壳，围设成电机腔；

第一气浮径向轴承与第二气浮径向轴承，分别固定在外壳的左右两侧；

转子，固定在所述第一气浮径向轴承和第二气浮径向轴承上；以及

定子，固定在所述外壳的内壁上；

所述外壳与所述定子贯穿设置有进气通道，所述进气通道连通所述第二管道，所述进气通道的出气端位于所述第二气浮径向轴承的右侧。

在本实用新型的进一步方案中，所述涡轮套设在所述转子上，所述转子上还设有用于固定所述涡轮的锁紧螺母。

在本实用新型的进一步方案中，所述外壳包括：

机壳，内壁连接所述定子；

前端盖，固定在所述蜗壳上；

后盖板，设置在所述机壳上；以及

后端盖，设置在所述后盖板上，连接有所述第二气浮径向轴承。

在本实用新型的进一步方案中，所述电机部还包括推力盘，所述推力盘固定于所述转子上，所述第一气浮径向轴承固定在所述机壳上。

在本实用新型的进一步方案中，还包括控制器，所述控制器电连接并控制所述第一阀门和第二阀门。

在本实用新型的进一步方案中，还包括与所述控制器电连接的传感器，所述传感器包括内燃机功率传感器、蒸发器温度传感器、蒸发器压力传感器以及电机传感器。

本实用新型实施的优点：

本实用新型通过将原涡轮上的轴承改用为气浮轴承，提高了能量回收效率，通过在涡轮机的涡轮部上设置第一进气口和在电机部上设置第二进气口，并使得二者的进气方向相反，以控制涡轮机内的气流方向，在废热***正常工作时，通过打开第一阀门并关闭第二阀门，以使得涡轮机正常工作以回收热量，在废热***关机时和开机时通过同时打开第一阀门和第二阀门，以将气浮轴承附近的冷凝制冷剂或者低温制冷剂吹扫走，避免气浮轴承损伤。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所述的一种内燃机的废热回收***的结构示意图；

图2为本实用新型所述的一种涡轮机的结构示意图；

图3为本实用新型所述的一种蒸汽流量和蒸汽压力的关系图；

图4为本实用新型所述的一种蒸汽流量和蒸汽压力的关系图；

图5为本实用新型所述的涡轮机进气的示意图；

图6为本实用新型所述的涡轮机出气的示意图。

100、涡轮机；101、第一阀门；102、第二阀门；

200、冷凝器；300、泵体；400、蒸发器；500、控制器；600、传感器；700、内燃机；800、尾气处理设备；

1蜗壳、2机壳、3、后盖板、4转子、5后端盖、6第二气浮径向轴承、7定子、8第一气浮径向轴承、9第一气浮推力轴承、10第二气浮推力轴承、11推力盘、12前端盖、13涡轮、14锁紧螺母。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1、图2、图3、图4所示，可以理解的，废热回收***(ORC***)工作时，第一阀门101打开，第二阀门102关闭，内燃700机的尾气经过蒸发器400，制冷剂吸热蒸发，通过第一阀门101进入涡轮机100，高温制冷剂气体推动涡轮做功，输出电能，膨胀后的低温制冷剂气体进入冷凝器200冷凝为液体，经过工质泵回到蒸发器400，进而实现循环，内燃机700的尾气经过蒸发器400后被尾气处理设备800接收，进行尾气处理。

一种内燃机的废热回收***包括依次管道连通的蒸发器400、涡轮机100、冷凝器200以及泵体300，所述涡轮机100所用轴承为气浮轴承；

所述涡轮机100包括涡轮部和电机部，所述涡轮部上设有第一进气口，所述电机部上设有第二进气口，所述第一进气口和所述第二进气口所进气体以相反方向朝所述气浮轴承吹气；

所述蒸发器400的出气端通过第一管道连通所述第一进气口，且所述第一管道上设有用于控制通断的第一阀门101；所述蒸发器400的出气端通过第二管道连通所述第二进气口，且所述第二管道上设有用于控制通断的第二阀门102；

所述第一阀门101被配置为：废热回收***工作时打开，内燃机关机时关闭；所述第二阀门102被配置为：废热回收***开机和关机时打开，废热回收***开机和关机完成后关闭；

第一阀门101关闭时，第二进气口向气浮轴承吹气，第一阀门101打开时，第一进气口向气浮轴承吹气。

由于采用了气浮轴承，转动时轴承与转轴无摩擦，轴承寿命高，并且转速高，根据欧拉公式Δh＝U₂Cu₂-U₁Cu₁可知，转速越高，涡轮半径越小，即涡轮机100体积越小，转速越高，气流折转角度越小，气动效率越高。

涡轮机100工作时，气浮轴承形成气膜所需的气体来蜗壳1进口，即第一阀门101之后，其循环路径如图5所示。蜗壳1进口的高温蒸汽通过涡轮与前端盖12以及推力盘11之间的间隙依次进入第二气浮推力轴承10、第一气浮推力轴承9、第二气浮径向轴承6、第一气浮径向轴承6，此时第二阀门102蒸汽入口保持关闭，当电机腔内部压力与蜗壳1内气体压力平衡时，气体停止流动，轴承在静止的气流中形成气膜，支撑转子4***运转。

当ORC***准备开机或停机时，为了防止轴承附近形成冷凝的制冷剂，影响轴承承载力甚至损坏轴承，第一阀门101与第二阀门102同时打开，通过第二阀门102引入蒸发器400的高温气体，将轴承附近的冷凝制冷剂或者低温制冷剂吹扫走。来自第二阀门102的高温蒸汽通过定子7及机壳2上的通道依次经过第一气浮径向轴承8、第二气浮径向轴承6、第一气浮推力轴承9、第二气浮推力轴承10，最后经过推力盘11与前端盖12及叶轮之间的间隙进入涡轮，与来自第一阀门101的气体汇合后排出涡轮，如图6所示。

当内燃机被关机时，控制器500在收到停止内燃机指令时，同时会发指令关闭第一阀门101，使动力涡轮快速平稳地由起飞转速减速到静止。

请参考图4，当内燃机因输出功率下降，废热量减少引起蒸汽压力和蒸汽流量从发电工作点W下行时，如果控制器500监测到蒸发器400压力小于Ps，即转速会降到起飞转速之下，但控制器500判断涡轮机100工况短时间(<3min)内会重新回到起飞转速以上的F点，控制器500不关闭第一阀门101，电机提供额外动力将转速稳定在起飞转速N，让膨胀机处于怠速状态。

在本实用新型的进一步方案中，所述涡轮部包括：

蜗壳1，与所述电机部围设成涡轮腔体；

出气口，贯穿设置与所述蜗壳1上，且与所述涡轮腔体相连通；以及

涡轮13，设置于所述涡轮腔体内；

所述第一进气口贯穿设置于所述蜗壳1上，且与所述涡轮腔体相连通。

在本实用新型的进一步方案中，所述电机部包括：

外壳，围设成电机腔；

第一气浮径向轴承8与第二气浮径向轴承6，分别固定在外壳的左右两侧；

转子4，固定在所述第一气浮径向轴承8和第二气浮径向轴承6上；以及

定子7，固定在所述外壳的内壁上；

所述外壳与所述定子7贯穿设置有进气通道，所述进气通道连通所述第二管道，所述进气通道的出气端位于所述第二气浮径向轴承6的右侧。

在本实用新型的进一步方案中，所述涡轮13套设在所述转子4上，所述转子4上还设有用于固定所述涡轮的锁紧螺母14。

在本实用新型的进一步方案中，所述外壳包括：

机壳2，内壁连接所述定子7；

前端盖12，固定在所述蜗壳1上；

后盖板3，设置在所述机壳2上；以及

后端盖5，设置在所述后盖板3上，连接有所述第二气浮径向轴承6。

在本实用新型的进一步方案中，所述电机部还包括推力盘11，所述推力盘11固定于所述转子4上，所述第一气浮径向轴承8固定在所述机壳2上。

在本实用新型的进一步方案中，还包括控制器500，所述控制器500电连接并控制所述第一阀门101和第二阀门102。

在本实用新型的进一步方案中，还包括与所述控制器500电连接的传感器600，所述传感器包括内燃机功率传感器、蒸发器温度传感器、蒸发器压力传感器以及电机传感器。

进一步而言，推力轴承处还设置有推力盘11，推力轴承采用动压式气浮轴承；推力轴承包括第一气浮推力轴承9和第二气浮推力轴承10，分别设置于推力盘11的两侧。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本实用新型公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种内燃机的废热回收***，其特征在于，包括依次管道连通的蒸发器、涡轮机、冷凝器以及泵体，所述涡轮机所用轴承为气浮轴承；

所述涡轮机包括涡轮部和电机部，所述涡轮部上设有第一进气口，所述电机部上设有第二进气口，

所述蒸发器的出气端通过第一管道连通所述第一进气口，且所述第一管道上设有用于控制通断的第一阀门；所述蒸发器的出气端通过第二管道连通所述第二进气口，且所述第二管道上设有用于控制通断的第二阀门；

所述第一阀门被配置为：废热回收***工作时打开，内燃机关机时关闭；所述第二阀门被配置为：废热回收***开机和关机时打开，废热回收***开机和关机完成后关闭；

所述第一阀门关闭时，所述第二进气口向气浮轴承吹气，所述第一阀门打开时，所述第一进气口向所述气浮轴承吹气。

2.根据权利要求1所述的一种内燃机的废热回收***，其特征在于，所述涡轮部包括：

蜗壳，与所述电机部围设成涡轮腔体；

出气口，贯穿设置与所述蜗壳上，且与所述涡轮腔体相连通；以及

涡轮，设置于所述涡轮腔体内；

所述第一进气口贯穿设置于所述蜗壳上，且与所述涡轮腔体相连通。

3.根据权利要求2所述的一种内燃机的废热回收***，其特征在于，所述电机部包括：

外壳，围设成电机腔；

第一气浮径向轴承与第二气浮径向轴承，分别固定在外壳的左右两侧；

转子，固定在所述第一气浮径向轴承和第二气浮径向轴承上；以及

定子，固定在所述外壳的内壁上；

所述外壳与所述定子贯穿设置有进气通道，所述进气通道连通所述第二管道，所述进气通道的出气端位于所述第二气浮径向轴承的右侧。

4.根据权利要求3所述的一种内燃机的废热回收***，其特征在于,所述涡轮套设在所述转子上，所述转子上还设有用于固定所述涡轮的锁紧螺母。

5.根据权利要求4所述的一种内燃机的废热回收***，其特征在于，所述外壳包括：

机壳，内壁连接所述定子；

前端盖，固定在所述机壳上；

后盖板，设置在所述机壳上；以及

后端盖，设置在所述机壳上，连接有所述第二气浮径向轴承。

6.根据权利要求5所述的一种内燃机的废热回收***，其特征在于，所述电机部还包括推力盘，所述推力盘固定于所述转子上，所述第一气浮径向轴承固定在所述机壳上。

7.根据权利要求5所述的一种内燃机的废热回收***，其特征在于，还包括控制器，所述控制器电连接并控制所述第一阀门和第二阀门。

8.根据权利要求7所述的一种内燃机的废热回收***，其特征在于，还包括与所述控制器电连接的传感器，所述传感器包括内燃机功率传感器、蒸发器温度传感器、蒸发器压力传感器以及电机传感器。