熱回收發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括:吸熱子系統(tǒng)、透平發(fā)電子系統(tǒng)和回收子系統(tǒng);其中， 所述吸熱子系統(tǒng)，將液態(tài)有機工質(zhì)依次與發(fā)動機缸套水和煙氣進行熱交換，吸收所述發(fā)動機缸套水和煙氣的余熱，生成過熱有機工質(zhì)蒸氣； 所述透平發(fā)電子系統(tǒng)，其進氣口連接所述吸熱子系統(tǒng)的出氣口，所述透平發(fā)電子系統(tǒng)接收所述吸熱子系統(tǒng)生成的所述過熱有機工質(zhì)蒸氣，利用所述過熱有機工質(zhì)蒸氣做功發(fā)電； 所述回收子系統(tǒng)，其進氣口連接所述透平發(fā)電子系統(tǒng)的出氣口，接收做功后的有機工質(zhì)蒸氣，將所述做功后的有機工質(zhì)蒸氣冷卻為液態(tài)有機工質(zhì)，并將所述液態(tài)有機工質(zhì)提供給所述吸熱子系統(tǒng)。2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機余熱回收發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述透平發(fā)電子系統(tǒng)包括第一膨脹透平(201)、第二膨脹透平(202)和發(fā)電機(203)，所述第一膨脹透平(201)、第二膨脹透平(202)和發(fā)電機(203)集成為一體，形成一體化集成透平發(fā)電機組，所述第一、第二膨脹透平(201 )、( 202)相互對稱； 所述一體化集成透平發(fā)電機組包括:機殼(501)、第一徑向永磁懸浮軸承(502)、第二徑向永磁懸浮軸承(503)、永磁電機繞組(504)、第一角接觸球軸承(505)、第二角接觸球軸承(506)、第一蝸殼(507)、第二蝸殼(508)、第一渦輪(509)、轉(zhuǎn)軸(510)、永磁電機轉(zhuǎn)子(511)和第二渦輪(512)。3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)動機余熱回收發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述第一、第二蝸殼(507)、(508)分別固定于所述機殼左、右兩側(cè)板，所述轉(zhuǎn)軸(510)貫穿所述機殼左、右兩側(cè)板并延伸至所述第一、第二蝸殼內(nèi)，所述第一徑向永磁懸浮軸承(502)包括第一徑向永磁懸浮軸承動環(huán)(515)和第一徑向永磁懸浮軸承靜環(huán)(516)，所述第二徑向永磁懸浮軸承(503)包括第二徑向永磁懸浮軸承動環(huán)(517)和第二徑向永磁懸浮軸承靜環(huán)(518)，所述第一、第二徑向永磁懸浮軸承靜環(huán)(516)、(518)分別固定于機殼內(nèi)腔的兩端，機殼內(nèi)腔的所述第一徑向永磁懸浮軸承靜環(huán)右側(cè)部位固定所述第一角接觸球軸承(505)，所述第二徑向永磁懸浮軸承靜環(huán)左側(cè)部位固定所述第二角接觸球軸承(506)，所述第一、第二角接觸球軸承(505)、(506)對所述轉(zhuǎn)軸(510)進行軸向和徑向支撐，所述第一、第二徑向永磁懸浮軸承(502)、(503)提供徑向輔助支撐，所述轉(zhuǎn)軸的正中位置布置所述永磁電機轉(zhuǎn)子(511)，所述永磁電機繞組(504)鑲嵌于機殼內(nèi)腔與永磁電機轉(zhuǎn)子對應(yīng)的位置，所述第一、第二渦輪(509)、(512)為完全相同的兩塊渦輪，其分別位于所述第一、第二蝸殼內(nèi)，并對稱固定于所述轉(zhuǎn)軸的兩端。4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)動機余熱回收發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述吸熱子系統(tǒng)將過熱有機工質(zhì)蒸氣均分為兩股相同的氣流:第一股過熱有機工質(zhì)蒸氣和第二股過熱有機工質(zhì)蒸氣，所述第一股過熱有機工質(zhì)蒸氣由第一蝸殼進氣口( 513)進入所述第一蝸殼(507)，所述第二股過熱有機工質(zhì)蒸氣由第二蝸殼進氣口(519)進入所述第二蝸殼(508)，并分別推動所述第一、第二渦輪(509)、(512)旋轉(zhuǎn)做功，所述第一、第二渦輪(509)、(512)旋轉(zhuǎn)帶動同軸的所述永磁電機轉(zhuǎn)子(511)旋轉(zhuǎn)，所述永磁電機繞組(504)切割旋轉(zhuǎn)的永磁電機轉(zhuǎn)子的磁場磁力線，產(chǎn)生電能，推動所述第一、第二渦輪(509)、(512)旋轉(zhuǎn)做功后的過熱有機工質(zhì)蒸氣由第一蝸殼排氣口(514)和第二蝸殼排氣口(520)排出。5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機余熱回收發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述吸熱子系統(tǒng)包括:預(yù)熱器(101)、蒸發(fā)器(102)、過熱器(103)、第一閥門(104)和分流器(105); 所述預(yù)熱器的第一入口連接所述回收子系統(tǒng)，其第一出口連接所述蒸發(fā)器的入口，其第二入口連接發(fā)動機的缸套水閥門出口，其第二出口連接發(fā)動機的缸套水入口 ； 所述蒸發(fā)器的出氣口連接所述過熱器的進氣口，所述過熱器的出氣口連接所述第一閥門的進氣口，發(fā)動機排煙管(403)依次接入所述過熱器(103)和蒸發(fā)器(102); 所述第一閥門的出氣口連接所述分流器的進氣口，所述分流器的第一出氣口和第二出氣口連接所述透平發(fā)電子系統(tǒng)，將過熱有機工質(zhì)蒸氣均分為兩股相同的氣流，并輸送至所述透平發(fā)電子系統(tǒng)。6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)動機余熱回收發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述液態(tài)有機工質(zhì)由預(yù)熱器第一入口進入所述預(yù)熱器(101 )，其與發(fā)動機缸套水在所述預(yù)熱器(101)中進行熱交換而溫度升高； 熱交換后的液態(tài)有機工質(zhì)由所述預(yù)熱器(101)進入所述蒸發(fā)器(102)，其與發(fā)動機排煙管中的煙氣在所述蒸發(fā)器(102)中進行熱交換，吸收發(fā)動機煙氣的余熱并生成飽和有機工質(zhì)蒸氣； 所述飽和有機工質(zhì)蒸氣由所述蒸發(fā)器(102)進入所述過熱器(103)，其在所述過熱器(103)中進一步與發(fā)動機排煙管中的煙氣進行熱交換，進一步吸收發(fā)動機煙氣的余熱，飽和有機工質(zhì)蒸氣變?yōu)檫^熱有機工質(zhì)蒸氣； 所述過熱有機工質(zhì)蒸氣由所述過熱器(103)進入所述分流器(105)，經(jīng)所述分流器(105)均分為兩股氣流，第一股過熱有機工質(zhì)蒸氣由所述分流器第一出口氣排出，第二股過熱有機工質(zhì)蒸氣由所述分流器第二出氣口排出。7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)動機余熱回收發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述過熱器(103)和第一閥門(104)之間還設(shè)置一換熱器； 所述換熱器的進氣口連接所述過熱器的出氣口，其出氣口連接所述第一閥門的進氣口，發(fā)動機排煙管(403)先接入所述換熱器，再依次接入所述過熱器(103)和蒸發(fā)器(102); 溫度過高的過熱有機工質(zhì)蒸氣進入所述換熱器中與發(fā)動機排煙管中的煙氣進行熱交換，煙氣吸收溫度過高的過熱有機工質(zhì)蒸氣的熱量溫度升高，換熱后的煙氣再進入所述過熱器(103)和蒸發(fā)器(102)與有機工質(zhì)進行熱交換。8.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動機余熱回收發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述回收子系統(tǒng)包括:混合器(301)、回?zé)崞?302)、冷凝器(303)和工質(zhì)栗(304); 所述混合器(301)接收做功后的有機工質(zhì)蒸氣，其進氣口連接所述透平發(fā)電子系統(tǒng)的出氣口，其出氣口連接所述回?zé)崞鞯倪M氣口，所述回?zé)崞鞯某鰵饪谶B接所述冷凝器的入口，所述冷凝器出口連接所述工質(zhì)栗的入口，所述工質(zhì)栗的出口連接所述回?zé)崞鞯娜肟?，所述回?zé)崞鞯某隹谶B接所述吸熱子系統(tǒng)的入口。9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)動機余熱回收發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述做功后的有機工質(zhì)蒸氣由所述透平發(fā)電子系統(tǒng)的出氣口排出，經(jīng)由所述混合器(301)進入所述回?zé)崞?302)，再由所述回?zé)崞?302)進入所述冷凝器(303)，其在所述冷凝器(303)中冷卻降溫變?yōu)橐簯B(tài)有機工質(zhì)，所述工質(zhì)栗(304)對所述液態(tài)有機工質(zhì)加壓，并將所述液態(tài)有機工質(zhì)栗至所述回?zé)崞?302)，所述液態(tài)有機工質(zhì)在所述回?zé)崞?302)中與流經(jīng)所述回?zé)崞鞯乃鲎龉蟮挠袡C工質(zhì)蒸氣進行熱交換，由所述回?zé)崞?302)流出后進入所述吸熱子系統(tǒng)。10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)動機余熱回收發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述回收子系統(tǒng)的混合器(301)和冷凝器(303)之間還設(shè)置一旁通閥(305); 所述旁通閥的進氣口連接所述混合器的出氣口，其出氣口連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機工質(zhì)蒸氣可經(jīng)由所述旁通閥(305)直接進入所述冷凝器(303)，冷凝熱量給發(fā)動機所在的車輛內(nèi)部供熱。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于有機朗肯循環(huán)的發(fā)動機余熱回收發(fā)電系統(tǒng)，包括：吸熱子系統(tǒng)、透平發(fā)電子系統(tǒng)和回收子系統(tǒng)，將液態(tài)有機工質(zhì)依次與發(fā)動機缸套水和煙氣進行熱交換，吸收發(fā)動機缸套水和煙氣的余熱，生成過熱有機工質(zhì)蒸氣并利用過熱有機工質(zhì)蒸氣做功發(fā)電，將做功后的有機工質(zhì)蒸氣冷卻為液態(tài)有機工質(zhì)，并將液態(tài)有機工質(zhì)提供給吸熱子系統(tǒng)。本發(fā)明可以對發(fā)動機余熱進行梯度利用，能量利用率高，回收效果好，降低了系統(tǒng)的不可逆損失，熱量利用方法靈活多樣，透平發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，在體積增加不大的情況下，輸出功率可以增加進一倍，軸承支撐結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低，機械效率高。
【IPC分類】F01D15/10, F01D17/10, F02G5/04, F01K25/10
【公開號】CN105587427
【申請?zhí)枴緾N201610156955
【發(fā)明人】唐長亮, 雷歡, 楊金福, 韓東江
【申請人】中國科學(xué)院工程熱物理研究所
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2016年3月18日