本实用新型属于有机朗肯循环技术领域，尤其是涉及一种用于回收发动机尾气余热的车载蓄热式有机朗肯循环系统。
背景技术：
从发动机的能源平衡来看，输出的有效功率一般只占燃料燃烧总热量的30％-45％(柴油机)或20％-30％(汽油机)，除了不到10％用于克服摩擦等功率损耗之外，其余的余热能量主要通过排气(200-700℃)和冷却介质(冷却水、机油散热等，85-120℃)被排放到大气中。因此将发动机的余热能量高效转化再利用是提高总能效率，降低油耗和减少污染物排放的一个有效途径。
目前利用有机朗肯循环的余热回收技术效率最高；而传统的有机朗肯循环只能在恒定热源下稳定工作；但是一些车辆尾气温度和流量随车辆的运行状况变化，热源工况不稳定，导致传统有机朗肯循环在柴油机或汽油机的尾气余热回收过程中的应用受到极大的限制；也就是说，如果余热回收直接用传统的有机朗肯循环，对工况的要求高，必须保证热源工况的稳定性才能保证有机朗肯循环的正常运转。
技术实现要素：
旨在克服上述现有技术中存在的不足，本实用新型解决的技术问题是，提出了一种对发动机运行工况要求低、运行稳定性高、换热效率高的车载蓄热式有机朗肯循环系统。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是，提供一种车载蓄热式有机朗肯循环系统，包括首尾依次循环相连的工质泵、蒸发器、膨胀机和冷凝器；其特征在于，所述蒸发器与所述膨胀机之间的循环管路上设置有第一电磁阀，且所述蒸发器与所述膨胀机之间设置有与所述循环管路并联的旁通循环管路，所述旁通循环管路上设置有第二电磁阀和蓄热式蒸发器；
所述蒸发器的热源进口、所述蓄热式蒸发器的热源进口通过控制阀与发动机排气管相连通。
优选地，所述控制阀包括第三电磁阀和第四电磁阀；
所述第三电磁阀设置于所述蒸发器的热源进口与所述发动机排气管连通的管路上，所述第四电磁阀设置于所述蓄热式蒸发器的热源进口与所述发动机排气管连通的管路上；
所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述第三电磁阀、所述第四电磁阀均与发动机电控单元电连接。
优选地，所述控制阀为三通电磁阀；所述三通电磁阀的一个端口与所述发动机排气管相连通，剩余的两个端口分别与所述蒸发器的热源进口、所述蓄热式蒸发器的热源进口相连通；
所述第一电磁阀、所述第二电磁阀和所述三通电磁阀均与发动机电控单元电连接。
优选地，所述车载蓄热式有机朗肯循环系统还包括回热器；所述回热器包括有机工质第一入口、有机工质第一出口、有机工质第二入口和有机工质第二出口；
所述工质泵的工质出口与所述有机工质第一入口相连通，所述有机工质第一出口与所述蒸发器的工质进口相连通，所述膨胀机的工质出口与所述有机工质第二入口相连通，所述有机工质第二出口与所述冷凝器的工质进口相连通。
优选地，所述车载蓄热式有机朗肯循环系统还包括与所述膨胀机同轴连接的发电机。
优选地，所述车载蓄热式有机朗肯循环系统还包括储液罐，所述储液罐中储存有有机工质；
所述储液罐的进口与所述冷凝器的工质出口相连通，所述储液罐的出口与所述工质泵的工质进口相连通。
采用了上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：
本实用新型的车载蓄热式有机朗肯循环系统，除了包括传统有机朗肯循环四大部件(工质泵、蒸发器、膨胀机和冷凝器)外，还在蒸发器与膨胀机之间的循环管路上增设第一电磁阀，且在蒸发器和膨胀机之间增设了一条与循环管路并联的旁通管路，在旁通管路上增设第二电磁阀和蓄热式蒸发器(带有蓄热作用的蒸发器，能将热量暂时储存在蒸发器中，需要的时候再释放出来)。蓄热式蒸发器和蒸发器的热源进口通过控制阀均与发动机排气管连通。
控制阀可以是一个三通电磁阀，也可以是由两个电磁阀组成。用于控制经scr处理后的发动机尾气在不同工况下进入蒸发器或者蓄热式蒸发器；即发动机启动后，发动机尾气先进入蓄热式蒸发器将热量储存，直至蓄热式蒸发器中的蓄热材料达到一定温度；发动机在长时间稳定工作过程中，发动机尾气通过蒸发器，进行传统朗肯循环的换热过程。当发动机在短时的低负荷运行时(由于交通灯停车等)时，由于尾气温度和气量过低，蒸发器无法满足有机朗肯循环的正常运行，此时有机工质会从蒸发器预热后出来，再通过蓄热式蒸发器进行气化，这样既能保证有机朗肯循环在短时间内正常工作，又能最大限度的提高系统的换热效率。
综上，本实用新型是一种对发动机运行工况要求低、运行稳定性高、换热效率高的车载蓄热式有机朗肯循环系统。
附图说明
图1是本实用新型第一种实施例的结构原理图；
图2是本实用新型第二种实施例的结构原理图；
图中:1-蒸发器，2-膨胀机，3-冷凝器，4-工质泵，5-蓄热式蒸发器，6-回热器，7-三通电磁阀，8-发动机电控单元，9-第一电磁阀，10-第二电磁阀，11-第三电磁阀，12-第四电磁阀，13-储液罐，14-发电机，15-发动机排气管，a-循环管路，b-旁通循环管路。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。
实施例一：
有机朗肯循环简称orc，是以低费点有机物为工质的朗肯循环。如图1所示，一种车载蓄热式有机朗肯循环系统，包括首尾依次循环相连的工质泵4、蒸发器1、膨胀机2和冷凝器3；这四大部件的在本实施例中的布置与在传统有机朗肯循环中的布置相同，在此不做赘述。
蒸发器1与膨胀机2之间的循环管路a上设置有第一电磁阀9，且蒸发器1与膨胀机2之间设置有与循环管路a并联的旁通循环管路b，旁通循环管路b上设置有第二电磁阀10和蓄热式蒸发器5(带有蓄热作用的蒸发器，能将热量暂时储存在蒸发器中，需要的时候再释放出来)；蒸发器1的热源进口、蓄热式蒸发器5的热源进口通过控制阀与发动机排气管15相连通。
其中，膨胀机2和发电机14同轴并且通过法兰连接在一起。
本实施例中，控制阀为一个三通电磁阀7，三通电磁阀7的第一个端口与发动机排气管15相连通，第二个端口与蒸发器1的热源进口相连通，第三个端口与蓄热式蒸发器5的热源进口相连通；第一电磁阀9、第二电磁阀10和三通电磁阀7均与发动机电控单元8电连接。
其中：第一电磁阀9、第二电磁阀10也可以由一个三通电磁阀代替，将三通电磁阀一端口与蒸发器1的工质出口连通，另外两端口与蓄热式蒸发器5的工质进口、以及膨胀机2的工质进口连通。类似这种等效替换的方案均应列入本实施例的保护范围之内。
为了进一步提高换热效率，该车载蓄热式有机朗肯循环系统还增设了回热器6(利用不同状态的同一种有机工质进行换热)；回热器6有四个端口，即有机工质第一入口、有机工质第一出口、有机工质第二入口和有机工质第二出口；工质泵4的工质出口与有机工质第一入口相连通，有机工质第一出口与蒸发器1的工质进口相连通，膨胀机2的工质出口与有机工质第二入口相连通，有机工质第二出口与冷凝器3的工质进口相连通。
为了确保有机工质的供应，该车载蓄热式有机朗肯循环系统还增设了储液罐13，储液罐13中储存有有机工质；储液罐13的进口与冷凝器3的工质出口相连通，储液罐13的出口与工质泵4的工质进口相连通。
本实施例的具体工作过程为：
发动机启动后，发动机电控单元8控制三通电磁阀7动作，使其第一个端口和第三个端口连通，即发动机排气管15与蓄热式蒸发器5的热源进口相连通；此时发动机经scr处理后的尾气通过三通电磁阀7的第一个端口和第三个端口先进入蓄热式蒸发器5将热量储存，直至蓄热式蒸发器5中的蓄热材料达到一定温度。
发动机在长时间稳定工作过程中，发动机电控单元8控制三通电磁阀7动作，使其第一个端口和第二个端口连通，即发动机排气管15与蒸发器1的热源进口相连通，同时发动机电控单元8控制第一电磁阀9打开，第二电磁阀10关闭；此时发动机经scr处理后的尾气通过三通电磁阀7的第一个端口和第三个端口进入蒸发器1，进行传统有机朗肯循环的换热过程。参见图1中有机工质通路和空气通路，液态有机工质通过工质泵4加压后通过回热器6有机工质第一入口进入回热器6中换热，经加热后的液态有机工质通过回热器6有机工质第一出口进入蒸发器1内并从蒸发器1内的高温尾气中吸收热量，生成饱和蒸汽或过热蒸汽，蒸汽进入膨胀机2膨胀做功，从而带动发电机14工作；从膨胀机2排出的仍具有高温的乏汽(蒸汽)通过回热器6有机工质第二入口进入回热器6中，将热量传递给即将进入蒸发器1中的有机工质(工质泵4加压后进入回热器6中的液态有机工质)，从回热器6有机工质第二出口流出的气态有机工质进入冷凝器3中并将热量释放给冷凝器3中的冷却介质空气，再次生成液态有机工质，进入工质泵4进行下一次循环。
当发动机在短时的低负荷运行时(由于交通灯停车等)时，由于尾气温度和气量过低，蒸发器1无法满足有机朗肯循环的正常运行，此时发动机电控单元8控制第一电磁阀9关闭，第二电磁阀10打开；有机工质会从蒸发器1预热后出来，再通过蓄热式蒸发器5进行气化，之后进入膨胀机2参与有机朗肯循环；此时蓄热式蒸发器5相当于发动机短时间内低功率运行时的缓冲器。在低负荷运行时，有机工质要先经过蒸发器1预热，再通过蓄热式蒸发器5，可以减小对蓄热式蒸发器5蓄热能力的依赖。这样既能保证有机朗肯循环在短时间内正常工作，又能最大限度的提高系统的换热效率。
整个控制过程根据发动机各部件中的压力与温度的检测，将数据反馈给发动机电控单元8进行自动判断后，再通过发动机电控单元8控制各电磁阀的状态来实现；具体控制策略为本领域技术人员所惯用的控制策略，再此不做赘述。
实施例二：
本实施例与实施例一的不同之处在于控制阀的选取不同。
本实施例中，如图2所示，控制阀包括第三电磁阀11和第四电磁阀12；第三电磁阀11设置于蒸发器1的热源进口与发动机排气管15连通的管路上，第四电磁阀12设置于蓄热式蒸发器5的热源进口与发动机排气管15连通的管路上；第三电磁阀11和第四电磁阀12也与发动机电控单元8电连接。
本实施例的具体工作过程为：
发动机启动后，发动机电控单元8控制第四电磁阀12打开，第三电磁阀11关闭，使发动机排气管15与蓄热式蒸发器5的热源进口相连通；此时发动机经scr处理后的尾气通过第四电磁阀12先进入蓄热式蒸发器5将热量储存，直至蓄热式蒸发器5中的蓄热材料达到一定温度。
发动机在长时间稳定工作过程中，发动机电控单元8控制第四电磁阀12关闭，第三电磁阀11打开，使发动机排气管15与蒸发器1的热源进口相连通，同时发动机电控单元8控制第一电磁阀9打开，第二电磁阀10关闭；此时发动机经scr处理后的尾气通过第三电磁阀11进入蒸发器1，进行传统有机朗肯循环的换热过程。换热过程与实施例一的换热过程相同，在此不做赘述。
当发动机在短时的低负荷运行时(由于交通灯停车等)时，由于尾气温度和气量过低，蒸发器1无法满足有机朗肯循环的正常运行，此时发动机电控单元8控制第一电磁阀9关闭，第二电磁阀10打开；有机工质会从蒸发器1预热后出来，再通过蓄热式蒸发器5进行气化，之后进入膨胀机2参与有机朗肯循环；这样既能保证有机朗肯循环在短时间内正常工作，又能最大限度的提高系统的换热效率。
综上，本实用新型在传统有机朗肯循环中加入蓄热式蒸发器5作为发动机短时间内低功率运行时的缓冲器，使其对发动机运行工况要求降低，且提高了系统稳定性和换热效率。
以上所述为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改和改进，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
1.一种车载蓄热式有机朗肯循环系统，包括首尾依次循环相连的工质泵、蒸发器、膨胀机和冷凝器；其特征在于，所述蒸发器与所述膨胀机之间的循环管路上设置有第一电磁阀，且所述蒸发器与所述膨胀机之间设置有与所述循环管路并联的旁通循环管路，所述旁通循环管路上设置有第二电磁阀和蓄热式蒸发器；
所述蒸发器的热源进口、所述蓄热式蒸发器的热源进口通过控制阀与发动机排气管相连通。
2.如权利要求1所述的车载蓄热式有机朗肯循环系统，其特征在于，所述控制阀包括第三电磁阀和第四电磁阀；
所述第三电磁阀设置于所述蒸发器的热源进口与所述发动机排气管连通的管路上，所述第四电磁阀设置于所述蓄热式蒸发器的热源进口与所述发动机排气管连通的管路上；
所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述第三电磁阀、所述第四电磁阀均与发动机电控单元电连接。
3.如权利要求1所述的车载蓄热式有机朗肯循环系统，其特征在于，所述控制阀为三通电磁阀；所述三通电磁阀的一个端口与所述发动机排气管相连通，剩余的两个端口分别与所述蒸发器的热源进口、所述蓄热式蒸发器的热源进口相连通；
所述第一电磁阀、所述第二电磁阀和所述三通电磁阀均与发动机电控单元电连接。
4.如权利要求1所述的车载蓄热式有机朗肯循环系统，其特征在于，所述车载蓄热式有机朗肯循环系统还包括回热器；所述回热器包括有机工质第一入口、有机工质第一出口、有机工质第二入口和有机工质第二出口；
所述工质泵的工质出口与所述有机工质第一入口相连通，所述有机工质第一出口与所述蒸发器的工质进口相连通，所述膨胀机的工质出口与所述有机工质第二入口相连通，所述有机工质第二出口与所述冷凝器的工质进口相连通。
5.如权利要求1所述的车载蓄热式有机朗肯循环系统，其特征在于，所述车载蓄热式有机朗肯循环系统还包括与所述膨胀机同轴连接的发电机。
6.如权利要求1所述的车载蓄热式有机朗肯循环系统，其特征在于，所述车载蓄热式有机朗肯循环系统还包括储液罐，所述储液罐中储存有有机工质；
所述储液罐的进口与所述冷凝器的工质出口相连通，所述储液罐的出口与所述工质泵的工质进口相连通。
技术总结