[发明专利]一种适用于发动机变工况的余热回收系统及方法

权利要求书

1.一种适用于发动机变工况的余热回收系统包括，预热器（1）、三通阀（2）、烟气蒸发器（3）、膨胀机（4）、回热器（5）、冷凝风扇（6）、工质泵（7）、储液罐（8）、冷凝器（9）；

所述预热器（1）的工质进口与回热器（5）低温工质的出口通过管路相连，预热器（1）的工质出口与三通阀（2）的进口相连，预热器（1）的缸套水进出口与发动机缸套水管路相连；三通阀（2）的两个出口分别与烟气蒸发器（3）的工质边缘进口和中间进口相连；烟气蒸发器（3）的工质出口与膨胀机（4）的工质进口相连，烟气蒸发器（3）的烟气进出口与发动机的排气管路相连；膨胀机（4）的工质出口与回热器（5）的高温工质进口相连；回热器（5）的高温工质出口与冷凝器（9）的入口相连，回热器（5）的低温工质入口与工质泵（7）的出口相连；工质泵（7）的入口与储液罐（8）的出口相连；储液罐（8）的入口与冷凝器（9）的出口相连；冷凝风扇（6）安装与冷凝器（9）的一侧。

2.根据权利要求1所述的一种适用于发动机变工况的余热回收系统，其特征在于，烟气蒸发器（3）的工质侧有两个进口和一个出口，其中一个工质进口在烟气蒸发器（3）边缘，一个工质进口在烟气蒸发器（3）中间。

3.一种使用权利要求1-2的任一所述的适用于发动机变工况的余热回收方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）工质泵（7）吸入储液罐（8）中的液态低压工质，根据预热器（1）的蒸发温度要求，建立起蒸发压力，该压力与工质泵（7）的出口压力相同；工质泵（7）泵送工质的流量，根据发动机缸套水和尾气的余热量调整，即工质流量调节到可以满足预热器（1）和烟气蒸发器（3）的余热能够完全被工质吸收；

2）工质泵（7）出来的高压液态工质流入回热器（5）的冷侧，与膨胀机（4）流出的高温乏汽工质进行热量交换，液态工质被加热后流入预热器（1）；

3）液态工质流入预热器（1）冷侧，与流入预热器（1）热侧的发动机缸套水进行热量交换，液态工质在预热器（1）被加热，温度逐步升高，达到蒸发温度后发生部分蒸发，以气液两相的形式流出预热器（1）；其中工质气液两相的比例，根据发动机缸套水的热量调节，当发动机缸套水热量少时，减少气态工质比例，当发动机缸套水热量多时，增加缸套水比例；

4）气液两侧工质流出预热器（1）后，在三通阀（2）进行流量分配；

5） 烟气蒸发器（3）两个工质入口流入的气液两相工质，与热侧的发动机尾气进行热交换，气液两相工质吸热完全蒸发为气态后，流入膨胀机（4）；

6）工质在膨胀机（4）内发生膨胀做功，工质蒸汽变为低压状态，但仍保持为气态，流入到回热器（5）作为热源继续加热回热器（5）冷侧的液态工质；

7） 回热器（5）流出的高温工质气体进入冷凝器（9），通过外部冷凝风扇（6）进行吹风散热，工质在冷凝器（9）内发生降温、冷凝和过冷后流出，进入储液罐（8）。

4.根据权利要求3所述的适用于发动机变工况的余热回收系统工作方法，其特征在于，所述根据发动机缸套水的热量调节工质气液两相的比例的计算公式为：，式中m为工质流量，Q为发动机缸套水散热量，为预热器工质出口焓值，为预热器入口焓值。

5.根据权利要求3所述的适用于发动机变工况的余热回收系统工作方法，其特征在于，通过工质泵（7）出口压力的调节使预热器（4）内工质的蒸发温度低于发动机缸套水温度，保证预热器（4）内的工质发生部分蒸发；同时，调节预热器（4）出口的工质干度，实现预热器（4）对发动机变工况的适应。

6.根据权利要求3所述的适用于发动机变工况的余热回收系统工作方法，其特征在于，利用三通阀（2）的工质分流作用实现对烟气蒸发器（3）工质边缘入口和中间入口的流量分配，具体如下：

当烟气热量较大时，三通阀只连通预热器（1）的工质出口与烟气蒸发器（3）的边缘工质进口；当烟气热量较小时，三通阀只连通预热器（1）的工质出口与烟气蒸发器（3）的中间工质进口；当烟气热量处于中间负荷，三通阀同时连通预热器（1）的工质出口与烟气蒸发器（3）的工质中间进口和边缘进口；根据步骤三中计算的工质气液两相的比例调节阀开度大小，按烟气热源换热量大小分配烟气蒸发器（3）边缘进口和中间进口的工质流量。