專利名稱：以柴油機排氣余熱為熱源的液氮發(fā)動機驅(qū)動制冷循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工程熱力學技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種以柴油機排氣余熱為熱源的液氮發(fā)動 機驅(qū)動制冷循環(huán)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在柴油機燃油燃燒產(chǎn)生的總發(fā)熱量中，作為動力的能量約為30 40%，而柴油發(fā) 動機排氣總管排入大氣的熱量與作為動力的能量大致相當。節(jié)能環(huán)保是當今社會發(fā)展的主題，科技工作者針對柴油機余熱利用進行了深入的 研究。船用柴油機功率相對較大，并且船舶空間布置相對汽車而言相對容易，并且船舶空調(diào) 制冷和漁船制冰都消耗了較大能量。因此船用柴油機的余熱利用尤其是利用其排溫的余熱 驅(qū)動制冷機和制冰機的研究成為主流?，F(xiàn)在研究的較多的船機余熱制冷系統(tǒng)分為兩種吸收式和吸附式，不論吸收式還是 吸附式制冷，其應(yīng)用于船舶制冷都有不足。吸收式制冷系統(tǒng)的發(fā)生器和吸收器等設(shè)備需要 自由水平面，甚至會應(yīng)用龐大分餾設(shè)備；吸附式制冷系統(tǒng)的非連續(xù)制冷特性也使得其應(yīng)用 受到限制。不僅如此，由于其系統(tǒng)應(yīng)用于柴油機余熱利用領(lǐng)域的效率始終處于低水平，導致 系統(tǒng)龐大。這是由于船用柴油機排溫都在350度以上，但是不論是吸附式還是吸收式制冷 系統(tǒng)為了提高系統(tǒng)的能量與熱量之間的轉(zhuǎn)換比率(COP)，并且由于工質(zhì)對匹配和制冷劑物 化性質(zhì)的限制，其系統(tǒng)的冷凝溫度一般都在30-40度左右，最高也沒有超過70度。根據(jù)熱 力學第二定律，當柴油機400度的排氣作為高溫熱源直接驅(qū)動上述兩種制冷系統(tǒng)，其實是 將高溫熱源的可用能大部分都浪費掉了，而只利用了大致75度左右的品質(zhì)熱量。這導致了 內(nèi)燃機排氣余熱利用效率始終很低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種以柴油機排氣余熱為熱源的液氮發(fā)動機驅(qū)動制冷循環(huán) 復(fù)合系統(tǒng)，該系統(tǒng)一方面應(yīng)用柴油機排溫能量驅(qū)動液氮發(fā)動機為制冷循環(huán)中的壓縮機提供 動力，另一方面應(yīng)用液氮發(fā)動機工作過程中的冷量降低制冷循環(huán)膨脹閥前制冷劑的過冷溫 度，從而優(yōu)化了原有的制冷循環(huán)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下本發(fā)明包括兩大部分制冷系統(tǒng)和液氮發(fā)動機系統(tǒng)，液氮發(fā)動機系統(tǒng)為制冷系統(tǒng) 提供動力。所述的液氮發(fā)動機系統(tǒng)包括液氮發(fā)動機、氣化換熱器、柴油機、液氮儲罐、廢氣渦 輪機和低溫泵。柴油機的排氣管分別與液氮發(fā)動機氣缸壁、廢氣渦輪機和氣化換熱器連接， 高溫的柴油機排氣經(jīng)氣化換熱器內(nèi)的管路后排入外界大氣，液氮儲罐的出口與低溫泵的入 口連接，液氮通過低溫泵后輸入至氣化換熱器，在氣化換熱器中與柴油機的排氣進行熱量 交換，經(jīng)熱交換后的液氮轉(zhuǎn)換為氮氣驅(qū)動液氮發(fā)動機；廢氣渦輪機為低溫泵提供動力。所述的制冷系統(tǒng)包括冷凝器、膨脹閥、過冷器、蒸發(fā)器、壓縮機；液氮發(fā)動機系統(tǒng)中的液氮發(fā)動機驅(qū)動壓縮機，壓縮機的出口連接至冷凝器的入口，冷凝器的出口與過冷器的 入口連接，過冷器的出口與膨脹閥的入口連接，膨脹閥的出口與蒸發(fā)器的入口連接，蒸發(fā)器 的出口連接至壓縮機入口 ；壓縮機、冷凝器、過冷器、膨脹閥和蒸發(fā)器構(gòu)成制冷循環(huán)。本發(fā)明具有的有益效果是1.在制冷系統(tǒng)中增加過冷器。應(yīng)用液氮發(fā)動機工作過程中的冷量降低制冷循環(huán)膨 脹閥前制冷劑的過冷溫度，從而優(yōu)化了原有的制冷循環(huán)，使得制冷系統(tǒng)的COP大大提高。2.應(yīng)用柴油機排溫能量驅(qū)動液氮發(fā)動機為制冷循環(huán)中的壓縮機提供動力，從而提 高了內(nèi)燃機排氣能量的利用率。3.應(yīng)用柴油機排溫能量驅(qū)動液氮發(fā)動機系統(tǒng)的低溫泵，從而提高了柴油機機排氣 能量的利用率。


圖1為本發(fā)明的原理圖。圖中1.柴油機，2.氣化換熱器，3.低溫泵，4.液氮儲罐，5.廢氣渦輪機，6.液氮 發(fā)動機，7.壓縮機，8.冷凝器，9.過冷器，10.膨脹閥，11.蒸發(fā)器。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明如圖1所示，以柴油機排氣余熱為熱源的液氮發(fā)動機驅(qū)動制冷循環(huán)系統(tǒng)包括制冷 系統(tǒng)和液氮發(fā)動機系統(tǒng)，液氮發(fā)動機系統(tǒng)為制冷系統(tǒng)提供動力。液氮發(fā)動機系統(tǒng)包括液氮發(fā)動機6、氣化換熱器2、柴油機1、液氮儲罐4、廢氣渦輪 機5和低溫泵3。柴油機1的排氣管分別與液氮發(fā)動機6氣缸壁、廢氣渦輪機5和氣化換熱 器2連接，高溫的柴油機1排氣經(jīng)氣化換熱器2內(nèi)的管路后排入外界大氣，液氮儲罐4的出 口與低溫泵3的入口連接，液氮通過低溫泵3后輸入至氣化換熱器2，在氣化換熱器2中與 柴油機1的排氣進行熱量交換，經(jīng)熱交換后的液氮轉(zhuǎn)換為氮氣驅(qū)動液氮發(fā)動機1 ；廢氣渦輪 機5為低溫泵3提供動力。制冷系統(tǒng)包括冷凝器8、膨脹閥10、過冷器9、蒸發(fā)器11、壓縮機7 ；液氮發(fā)動機系 統(tǒng)中的液氮發(fā)動機6驅(qū)動壓縮機7，壓縮機7的出口連接至冷凝器8的入口，冷凝器8的出 口與過冷器9的入口連接，過冷器9的出口與膨脹閥10的入口連接，膨脹閥10的出口與蒸 發(fā)器11的入口連接，蒸發(fā)器11的出口連接至壓縮機7入口 ；壓縮機7、冷凝器8、過冷器9、 膨脹閥10和蒸發(fā)器11構(gòu)成制冷循環(huán)。在制冷系統(tǒng)中的冷凝器和膨脹閥之間加入過冷器，應(yīng)用液氮發(fā)動機工作過程中的 冷量降低制冷循環(huán)中膨脹閥前的制冷劑的過冷溫度，從而優(yōu)化了原有的制冷循環(huán)，大大提 高了原有制冷系統(tǒng)的COP?；钊揭旱l(fā)動機氣缸活塞系統(tǒng)應(yīng)采用相對低速、二沖程、長沖程的利于在膨脹 過程換熱的結(jié)構(gòu)形式。系統(tǒng)的工作過程柴油機排溫能量有三種用途它通過氣化換熱器與液氮換熱， 然后液氮吸收能量在液氮發(fā)動機中膨脹作功，液氮發(fā)動機為制冷循環(huán)中的壓縮機提供動 力；它通過驅(qū)動廢氣渦輪機為低溫泵提供動力；它和液氮發(fā)動機氣缸壁換熱，為液氮發(fā)動機提供一個近似恒溫的一個環(huán)境，此時液氮發(fā)動機效率最高。 壓縮機將蒸發(fā)器中的制冷劑吸入，并將其壓縮到冷凝壓力，然后排至冷凝器，冷凝 器將高壓制冷劑蒸氣冷卻并冷凝成液體，此時制冷蒸氣放出熱量。制冷劑經(jīng)過過冷器和膨 脹閥后，進入蒸發(fā)器。過冷器能夠降低制冷劑的過冷溫度，制冷劑液體流過膨脹閥時，壓力 由冷凝壓力降低到蒸發(fā)壓力，一部分液體轉(zhuǎn)化為蒸氣，制冷劑液體在蒸發(fā)器中蒸發(fā)成蒸氣， 以吸收被冷卻介質(zhì)的熱量，氣化后的蒸氣再由壓縮機吸入并重復(fù)循環(huán)。
權(quán)利要求
1.以柴油機排氣余熱為熱源的液氮發(fā)動機驅(qū)動制冷循環(huán)系統(tǒng)，包括制冷系統(tǒng)和液氮發(fā) 動機系統(tǒng)，液氮發(fā)動機系統(tǒng)為制冷系統(tǒng)提供動力，其特征在于所述的液氮發(fā)動機系統(tǒng)包括液氮發(fā)動機、氣化換熱器、柴油機、液氮儲罐、廢氣渦輪機 和低溫泵；柴油機的排氣管分別與液氮發(fā)動機氣缸壁、廢氣渦輪機和氣化換熱器連接，高溫 的柴油機排氣經(jīng)氣化換熱器內(nèi)的管路后排入外界大氣，液氮儲罐的出口與低溫泵的入口連 接，液氮通過低溫泵后輸入至氣化換熱器，在氣化換熱器中與柴油機的排氣進行熱量交換， 經(jīng)熱交換后的液氮轉(zhuǎn)換為氮氣驅(qū)動液氮發(fā)動機；廢氣渦輪機為低溫泵提供動力；所述的制冷系統(tǒng)包括冷凝器、膨脹閥、過冷器、蒸發(fā)器、壓縮機；液氮發(fā)動機系統(tǒng)中的液 氮發(fā)動機驅(qū)動壓縮機，壓縮機的出口連接至冷凝器的入口，冷凝器的出口與過冷器的入口 連接，過冷器的出口與膨脹閥的入口連接，膨脹閥的出口與蒸發(fā)器的入口連接，蒸發(fā)器的出 口連接至壓縮機入口 ；壓縮機、冷凝器、過冷器、膨脹閥和蒸發(fā)器構(gòu)成制冷循環(huán)。全文摘要
本發(fā)明涉及一種制冷循環(huán)系統(tǒng)。傳統(tǒng)利用余熱驅(qū)動制冷循環(huán)系統(tǒng)的效率不高。本發(fā)明包括制冷系統(tǒng)和液氮發(fā)動機系統(tǒng)，液氮發(fā)動機系統(tǒng)為制冷系統(tǒng)提供動力；液氮發(fā)動機系統(tǒng)包括液氮發(fā)動機、氣化換熱器、柴油機、液氮儲罐、廢氣渦輪機和低溫泵，柴油機的排氣余熱與液氮發(fā)動機氣缸壁、廢氣渦輪機和氣化換熱器進行熱交換。制冷系統(tǒng)包括冷凝器、膨脹閥、過冷器、蒸發(fā)器、壓縮機，壓縮機、冷凝器、過冷器、膨脹閥和蒸發(fā)器依次連接構(gòu)成制冷循環(huán)。本發(fā)明在制冷系統(tǒng)中增加過冷器，從而優(yōu)化了原有的制冷循環(huán)，使得制冷系統(tǒng)的COP大大提高。
文檔編號F02B37/00GK102072585SQ201010588270
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者俞小莉, 元廣杰, 苗曉南, 陳國金 申請人:杭州電子科技大學