一种利用空气循环回收内燃机废气余热能的系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102840026A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102840026A(43)申请公布日2012.12.26(21)申请号201110170113.2(22)申请日2011.06.23(71)申请人湖南大学地址410082湖南省长沙市岳麓区麓山南路2号湖南大学(72)发明人刘敬平付建勤任承钦徐政欣朱国辉杨汉乾赵智超(51)Int.Cl.F02B41/02(2006.01)F02B33/00(2006.01)F01N5/02(2006.01)F01D15/10(2006.01)F01D15/08(2006.01)H02K7/14(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书44页页附图附图11页(54)发明名称一种利用空气循环回收内燃机废气余热能的系统(57)摘要本发明专利公开了一种利用空气循环回收内燃机排气余热能的系统。它是在内燃机排气管上附加一套空气循环(布雷顿循环，BraytonAirCycle)系统回收排气余热能并将其转化为有效功。其技术方案为：空气经压缩机加压到一定压力后在换热器中被加热成高温高压的气体，然后在涡轮中膨胀做功。涡轮输出功用来带动内燃机进气系统的压气机实现进气增压，也可以带动高速电机发电。此外，该系统还可以设计成回热循环模式，通过两级加热进一步提高能量回收效率。内燃机电子控制系统根据排气状态实时调节空气循环的工作压力和流量，优化循环效率。该发明以空气为工质能达到节能环保的效果，并且结构相对简单，具有较好的应用价值。CN102846ACN102840026A权利要求书1/1页1.一种利用空气循环回收内燃机废气余热能的系统，它是在内燃机排气总管(11)上耦合一套空气动力循环(布雷顿循环，BraytonAirCycle，简称底循环)装置，以内燃机的排气作为高温热源驱动底循环，并将底循环的输出功用于带动高速微型电机(6)发电以及内燃机进气系统压气机(3)，系统方案及组成说明如下：内燃机废气余热回收底循环系统由涡轮(4)、换热器(12)、单向阀(13)、管道(14)、压气机(15)、驱动电机(16)、空气流量调节阀(17)组成；底循环的动力输出装置——涡轮(4)与内燃机主循环的进气压气机(3)通过传动轴(5)相连，传动轴(5)上耦合一个高速微型电机(6)。2.如权利要求1所述的利用空气循环回收内燃机废气余热能的系统，其特征在于：内燃机的进气压气机(3)是由底循环系统的涡轮(4)带动，而不同于传统的废气涡轮增压(由内燃机排气涡轮直接驱动)。3.如权利要求1所述的利用空气循环回收内燃机废气余热能的系统，其特征在于：内燃机增压系统的传动轴(5)上耦合一个高速微型电机(6)，在辅助增压的同时实现对系统能量流的统筹管理。在内燃机起动、低速和低负荷工况时，由于底循环系统的滞后性或排气能量不足导致涡轮(4)的输出功不够，这时高速微型电机(6)辅助带动压气机(3)压缩进气，使进气增压到目标压力，保证内燃机在低速低负荷时有较高的扭矩输出；在内燃机高速高负荷工况时，由于排气能量充足使得涡轮(4)有富余的动力输出，这时涡轮(4)将同时带动压气机(3)和高速微型电机(6)，高速微型电机(6)将变为负载吸收多余的涡轮(4)输出功。4.如权利要求1所述的利用空气循环回收内燃机废气余热能的系统，其特征在于：底循环系统的压气机(15)由微型电机(16)驱动，内燃机电子控制系统将根据工况需求及时调整微型电机(16)的转速，使压气机(15)实现目标加压压力(增压比)。5.如权利要求1所述的利用空气循环回收内燃机废气余热能的系统，其特征在于：底循环系统工质空气的流量由流量调节阀(17)来控制，内燃机电子控制系统根据排气流量和温度，按照能量平衡计算出最佳的循环工质流量，及时调节流量调节阀(17)的开度，从而实现对底循环工质流量的精确控制和废气能量回收效率的优化。6.如权利要求1所述的利用空气循环回收内燃机废气余热能的系统，其特征在于：换热器(12)安装在排气总管(11)上(与排气总管耦合在一起)，连接内燃机排气系统与底循环系统；换热器设计成逆流换热式，将工质(空气)加热成高温高压的气体。7.如权利要求1所述的利用空气循环回收内燃机废气余热能的系统，其特征在于：可以将此能量回收系统设计成回热循环模式，即在原方案上再加一个换热器，利用涡轮(4)出口的空气预热进气，实现进气的两级加热，进一步提高系统能量回收效率。8.如权利要求1所述的利用空气循环回收内燃机废气余热能的系统，其特征在于：底循环以空气为工质，且为开式循环，即工质空气完成一个循环后直接排向环境而不再重复利用。2CN102840026A说明书1/4页一种利用空气循环回收内燃机废气余热能的系统技术领域[0001]本发明专利是一种采用传热