一种基于有机朗肯循环的汽车尾气余热回收发电系统

摘要

本发明公开了一种基于有机朗肯循环的汽车尾气余热回收发电系统，包括第一热量循环单元、第二热量循环单元和发电单元，所述的第一热量循环单元、第二热量循环单元和发电单元分别通过的第二热交换器、第三热交换器和膨胀机循环相连，所述的第二工质通过该循环通路完成热电转换；所述的第二工质从第三热交换器中输出，经第二热交换器吸收第一工质的热量，经膨胀机将热能转换成做功的机械能，带动发电机发电，做功后的第二工质通过第三热交换器回到第二热量循环单元进行冷凝。本发明即提高了发动机的能量利用率，又减少了汽车尾气对环境热污染的排放，实现了节能减排的目的，同时有利于油电混合式新型汽车的发展。

说明书

技术领域

本发明属于汽车尾气余热回收领域，具体涉及一种基于有机朗肯循环的汽车尾气余热回收发电系统。

背景技术

能源是国民经济发展的支撑和动力，也是社会发展的重要物质基础。然而，多年来，我国能源开发与利用中的低效率、高消耗以及环境污染一直制约着经济与社会的可持续发展。余热资源的有效回收是提高能源利用效率的重要手段。

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 80 ～ 200℃的低温尾气，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20 ～ 45％，其余以冷却水余热、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。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于有机朗肯循环的汽车尾气余热回收发电系统。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于有机朗肯循环的汽车尾气余热回收发电系统，包括第一热量循环单元、第二热量循环单元和发电单元；

所述的第一热量循环单元包括首尾依次循环相连的第一热交换器、蓄热池、温度传感器、第二热交换器和第一传输泵，所述的第一热交换器的输入端与尾气热源端相连；所述的第一热量循环单元用于第一工质的热量交换；

所述的第二热量循环单元包括循环相连的第三热交换器、冷凝器、储液罐和第一传输泵，所述的第二热量循环单元用于第二工质的热量交换；

所述的发电单元包括依次相连的膨胀机、发电机和储电装置；

所述的第一热量循环单元、第二热量循环单元和发电单元分别通过的第二热交换器、第三热交换器和膨胀机循环相连，所述的第二工质通过该循环通路完成热电转换；所述的第二工质从第三热交换器中输出，经第二热交换器吸收第一工质的热量，经膨胀机将热能转换成做功的机械能，带动发电机发电，做功后的第二工质通过第三热交换器回到第二热量循环单元进行冷凝。

作为本发明的进一步改进，所述的尾气热源端位于汽车消音器的位置，所述的第一热交换器与消音器相连。

作为本发明的进一步改进，所述的第一热交换器与消音器之间设有一个第一控制阀，所述的第一控制阀和消音器之间还设有外界大气的通路，所述的通路上设有第二控制阀。

作为本发明的进一步改进，所述第一热交换器为三层套管式换热器，所述的第一工质位于最外层和最内层的套管中，所述的尾气位于中间层的套管中。

作为本发明的进一步改进，所述的第一热量循环单元还包括三通阀，所述的三通阀包括一个输入端和两个输出端，所述的三通阀的输入端与其中的一个输出端连接成通路；所述的三通阀的输入端与温度传感器相连，所述的三通阀的两个输出端分别与第二热交换器和第二传输泵相连。

作为本发明的进一步改进，所述的温度传感器用于检测蓄热池的温度；当温度传感器检测到蓄热池的温度超过设定的最高阈值时，关闭第一控制阀打开第二控制阀，停止尾气热量采集；当温度传感器检测到蓄热池的温度低于设定的最低阈值时，打开第一控制阀关闭第二控制阀，所述的三通阀的输入端和与第二传输泵相连的输出端构成通路。

作为本发明的进一步改进，所述的第二热交换器为板式蒸发器；所述的第三热交换器为贴附式回热器。

作为本发明的进一步改进，所述的膨胀机为向心透平膨胀机。

作为本发明的进一步改进，所述的储电装置包括蓄电池、蓄电装置和控制器，所述的蓄电池和蓄电装置采用并联的方式与控制器相连，所述的控制器与发电机相连。

作为本发明的进一步改进，所述第一工质采用的是水蒸汽，所述的第二工质采用的是低沸点的有机溶剂。

本发明的有益效果：本发明采用有机朗肯循环系统回收汽车尾气余热，即提高了发动机的能量利用率，又减少了汽车尾气对环境热污染的排放，实现了节能减排的目的。同时将通过尾气转化的电能重新应用于汽车中，有利于油电混合式新型汽车的发展。

附图说明

图1为本发明一种实施例的结构示意图；

其中：1-消音器，2_1-第一控制阀，2_2-第二控制阀，3-第一热交换器，4-蓄热器，5-温度传感器，6-第二热交换器，7-膨胀机，8-发电机，9-控制器，10-蓄能装置，11-蓄电池，12-第三热交换器，13-冷凝器，14-储液罐，15_1-第一传输泵，15_2-第二传输泵，16-三通阀。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示的本发明的一种基于有机朗肯循环的汽车尾气余热回收发电系统，包括第一热量循环单元、第二热量循环单元和发电单元。用于利用回收汽车中的消音器1至排气口之间的这一段的热量进行发电。

所述的第一热量循环单元用于第一工质的热量交换，所述的第一工质采用的是比热容大的水蒸汽。所述的第一热量循环单元包括首尾依次循环相连的第一热交换器3、蓄热池4、温度传感器5、第二热交换器6和第二传输泵15_2，所述的第一热交换器3的输入端还与尾气热源端相连；还包括三通阀16，所述的三通阀16为一进两出三通阀16，两个出口不同时打开。所述的三通阀16的输入端与温度传感器5相连，所述的三通阀16的两个输出端分别与第二热交换器6和第二传输泵15_2相连。所述的第一工质在第二传输泵15_2的驱动下在第一热量循环单元所组成的通路中循环流动，完成热量的交换。

所述的第一热交换器3为第一工质与尾气的热交换发生器，本发明中由于回收的是消音器1至排气口之间的热量，因此所述的第一交换器与消音器1相连。本发明中所述第一热交换器3采用的是三层套管式换热器，所述的第一工质在最外层和最内层的套管中循环流动，所述的尾气位于中间层的套管中，这样能够确保第一工质能够充分吸收尾气中的热量。

本发明中所述的蓄热池4用于尾气热量的采集和存储，为了防止蓄热池4中长时间过热而受损，所述的第一热量循环单元设置了用于保护蓄热池4的防护装置，所设置的用于检测蓄热池4温度的温度传感器5通过与三通阀16、第一控制阀2_1和第二控制阀2_2的配合，根据检测到的蓄热池4的温度开启不同的热量传输通路。当温度传感器5检测到蓄热池4的温度超过设定的最高阈值时，关闭第一控制阀2_1打开第二控制阀2_2，停止尾气热量采集；当温度传感器5检测到蓄热池4的温度低于设定的最低阈值时，打开第一控制阀2_1关闭第二控制阀2_2，所述的三通阀16的输入端和与第二传输泵15_2相连的输出端构成通路，进行蓄热。

其中，所述的第一控制阀2_1设于第一热交换器3与消音器1之间，所述的第二控制阀2_2位于消音器1与外界大气连接的通路中，设于第一控制阀2_1和消音器1之间。

所述的第二热交换器6用于第一工质与第二工质的热交换，所述的第二工质采用的是低沸点的有机溶剂，通过吸收第一热量循环单元所存储的热能通过膨胀机7对外做功发电。做功后的第二工质还具有较高的热量，为了便于更好的用于下一次的循环使用，所述的第二工质需要回到第二热量循环单元中进行冷凝，降低自身的温度以便下一次循环中能够吸收更多的热量。

所述的第二热量循环单元中包括用于第二工质的热量交换的首尾循环相连的第三热交换器12、冷凝器13、储液罐14和第一传输泵15_1。在第三热交换器12中，做功后的第二工质与冷凝后的低温第二工质热量交换，即降低了做功后的第二工质的热量，又对即将做功的第二工质进行预热，节约了能量。

本发明中的一种实施例中，所述的第二热交换器6采用的板式蒸发器，其传热系数高，结构紧凑，体积小，适合布置在小空间内。所述的第三热交换器12采用的是适用于狭小空间的贴附式回热器。

第二工质经第二热交换器6吸收第一工质的热量，体积膨胀，进入膨胀机7膨胀做功将吸收的热能转换成做功的机械能，带动发电机8发电。本发明中，所用的膨胀机7为向心透平膨胀机7，该膨胀机7结构简单、紧凑，适合于较小的汽车空间。

所述的发电单元还包括发电机8和储电装置，与膨胀机7依次相连的。所述的储电装置包括蓄电池11、蓄电装置和控制器9，所述的蓄电池11和蓄电装置采用并联的方式与控制器9相连，所述的控制器9与发电机8相连。所述的控制器9用于调节电能的持续输出。当蓄电池11处于缺电状态时，优先给蓄电池11充电，当蓄电池11处于富电状态时，输出的电能由蓄能装置10储存，所述的蓄电池11和蓄电装置所存储的电量用于汽车的用电需求，制作油电混合式汽车。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。