基于有机朗肯循环的发动机余热回收发电系统的制作方法
【技术领域】
[0001]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系统。
【背景技术】
[0002]有机朗肯循环系统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，有机朗肯循环发电系统具有简单，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系统中的热转功部件，器性能直接影响着系统的发电效率。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系统及装置，以提高发动机的经济性。
【发明内容】
[0003](一)要解决的技术问题
[0004]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系统。
[0005](二)技术方案
[0006]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系统，包括:吸热子系统、透平发电子系统和回收子系统；其中，所述吸热子系统，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;所述透平发电子系统，其进气口连接所述吸热子系统的出气口，所述透平发电子系统接收所述吸热子系统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；所述回收子系统，其进气口连接所述透平发电子系统的出气口，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系统。
[0007]优选地，所述透平发电子系统包括第一膨胀透平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。
[0008]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。
[0009]优选地，所述吸热子系统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、第二祸轮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。
[0010]优选地，所述吸热子系统包括: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系统，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系统，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系统。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]优选地，所述回收子系统包括:混合器301、回热器302、冷凝器303和工质栗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系统的出气口，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栗的入口，所述工质栗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系统的入口。
[0014]优选地，所述做功后的有机工质蒸气由所述透平发电子系统的出气口排出，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，所述工质栗304对所述液态有机工质加压，并将所述液态有机工质栗至所述回热器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系统。
[0015]优选地，所述回收子系统的混合器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。
[0016](三)有益效果
[0017]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系统具有以下有益效果:
[0018](I)吸热子系统、透平发电子系统和回收子系统组成发动机余热回收发电系统，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；
[0019](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，降低了系统的不可逆损失；
[0020](3)可在回收子系统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