一种基于冷藏车的尾气余热能量高效回收系统

1.本发明属于内燃机尾气能量回收领域，尤其是涉及一种基于冷藏车的尾气余热能量高效回收系统。


背景技术：

2.冷藏车作为生鲜食品、冷冻医药品等在运输过程中保证品质的关键，在科技发展、生活水平提高的今天，得到愈发广泛的应用，而大型冷藏车的能耗问题也逐渐受到关注。大型冷藏车通常采用柴油机驱动发电机发电，带动独立制冷机组对车厢进行制冷。由于制冷需求大、能量利用效率低，冷藏车的总燃油消耗与尾气排放均比同吨位普通货车大。
3.从车辆内燃机的角度看，目前车辆内燃机的燃烧产热依然有50％～60％以余热形式流失。燃机的尾气温度可达300℃～700℃，蕴藏着巨大的能量利用潜力。如果能够将这部分能量进行回收利用，对提高燃油能量的利用率具有重要意义。
4.公开号为cn107503832a的中国专利文献公开了一种基于汽车尾气余热梯级利用的综合热管理系统，利用汽车尾气余热中的高能段与环境较大的温差，基于均质半导体的热电效应，通过温差应变片将尾气中的热能转化为电能储存在蓄电池中，实现车内电力系统效益最大化。
5.公开号为cn210033580u的中国专利文献公开了一种汽车尾气余热交换装置，包括尾气管道，设置在尾气管道内的尾气净化器，设置在尾气管道内的余热交换装置，设置在尾气管道上方的热发电机和设置在尾气管道末端的尾气头。该装置可以降低了余热的损失，提高了余热转化为电能的效率。
6.目前公开的余热回收方案大多将余热用来发电，再进一步进行制冷，经过了能量的多次转换，热能利用率低，不能满足工作与节能的需求。对于考虑直接回收余热产生机械能的系统，考虑到车载多工况下回收得到的机械能的不稳定性，导致余热回收的机械能质量不高。


技术实现要素：

7.为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种基于冷藏车的尾气余热能量高效回收系统，可以使能量充分利用、降低成本、减小体积载荷。
8.一种基于冷藏车的尾气余热能量高效回收系统，用于将冷藏车尾气的余热回收能量直接用于冷藏车制冷以及发电，包括：
9.有机朗肯循环系统，通过插片式微通道换热器与汽车发动机排气管排出的尾气进行热交换，获取尾气余热热能，并通过循环工质对外做机械功；
10.机械传动与发电系统，与有机朗肯循环系统连接，传动有机朗肯循环系统所做的机械功至蒸气压缩制冷循环系统，并用多余的机械能进行发电；
11.蒸气压缩制冷循环系统，与机械传动与发电系统连接，将机械传动与发电系统传递的机械功用于冷藏制冷。
12.进一步地，所述的有机朗肯循环系统包括插片式微通道换热器、膨胀机、第一冷凝器和工质泵；
13.所述的插片式微通道换热器包括外壳和插片式换热片，所述的外壳连接汽车发动机的排气管，所述的插片式换热片包括有机工质微管和散热鳍片，散热鳍片安装在有机工质微管的外表面；
14.所述的有机工质微管、膨胀机、第一冷凝器、工质泵形成有机工质回路，所述的膨胀机与机械传动与发电系统连接。
15.进一步地，所述的机械传动与发电系统包括发电调速回路、传动齿轮；所述的膨胀机通过传动齿轮与蒸气压缩制冷循环系统连接。
16.进一步地，所述的发电调速回路包括辅助电机、发电机和蓄电池；所述的辅助电机与传动齿轮、传动齿轮与发电机之间分别连接，所述发电机的电流输出端与辅助电机的电流输入端连接，形成回路。
17.进一步地，所述的传动齿轮包括主动齿轮和从动齿轮；膨胀机与主动齿轮同轴连接，从动齿轮与蒸气压缩制冷循环系统中的压缩机同轴连接，辅助电机与主动齿轮啮合。
18.进一步地，所述的蒸气压缩制冷循环系统包括蒸发器、压缩机、第二冷凝器和节流阀；所述的蒸发器、压缩机、第二冷凝器和节流阀形成循环制冷回路。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
20.1、减少碳排：回收利用的冷藏车发动机的余热用于制冷，减小了冷藏车运行的碳排量。
21.2、提升能量利用率：本发明利用的余热产生的机械能通过机械传动与发电系统稳定用于制冷的机械功率，且同时用于发电，保证系统在多工况下高效运行。
22.3、降低成本：通过利用余热带来的额外的机械功，减少冷藏车制冷过程中的能耗，节省燃料，提升续航，降低运输成本。
23.4、将有机朗肯循环系统与车载冷藏制冷系统有效结合，分别将能量直接输入到制冷系统以及发电系统，即节约了制冷、车辆用电的能量，又充分发挥了汽车尾气的余热能量。
附图说明
24.图1为本发明一种基于冷藏车的尾气余热能量高效回收系统的结构示意图；
25.图2为插片式微通道换热器的结构示意图；
26.图3为微通道换热片的结构示意图；
27.图4为传动齿轮与辅助电机安装的结构示意图。
28.图中：1、汽车发动机；2、插片式微通道换热器；3、工质泵；4、第一冷凝器；5、膨胀机；6、辅助电机；7、传动齿轮；8、发电机；9、蓄电池；10、压缩机；11、第二冷凝器；12、节流阀；13、蒸发器；201、外壳；202、插片式换热片；701、主动齿轮；702、从动齿轮；2021、有机工质微管；2022、散热鳍片。
具体实施方式
29.下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实
施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
30.如图1所示，一种基于冷藏车的尾气余热能量高效回收系统，包括有机朗肯循环系统、机械传动与发电系统、蒸气压缩制冷循环系统。
31.在本发明实施例中，有机朗肯循环系统主要包括插片式微通道换热器2、膨胀机5、第一冷凝器4和工质泵3等。
32.如图2和图3所示，插片式微通道换热器2包括外壳201和插片式换热片202，外壳201连接汽车发动机1的排气管，插片式换热片202包括有机工质微管2021和散热鳍片2022，散热鳍片2022安装在有机工质微管2021的外表面。有机工质微管2021、膨胀机5、第一冷凝器4、工质泵3形成有机工质回路，膨胀机5与机械传动与发电系统连接。
33.汽车发动机1排出的带有余热的尾气首先经过插片式微通道换热器2，与插片式微通道换热片202表面的倾斜的散热鳍片2022交换热量，可以在在不损失发动机尾气压力能的基础上，将尾气中的高温热量传导至流动工质。流动工质进入到膨胀机5，将热能转换为机械能，最后经过第一冷凝器4降温冷凝，进入工质泵3，重新流回插片式微通道换热器2的有机工质微管2021中，完成一次做功循环。
34.在本发明实施例中，机械传动与发电系统包括发电调速回路、传动齿轮7，膨胀机5与传动齿轮7的主动齿轮701同轴连接，传动齿轮7的从动齿轮702与蒸气压缩制冷循环系统的压缩机10同轴连接，传动齿轮7可以将膨胀机5中的机械功传递到压缩机10中。
35.如图4所示，为了充分使用余热回收能，提升能量品质，本发明实施例中采用了发电调速回路，发电调速回路中的辅助电机6与传动齿轮7的主动齿轮701啮合，保持传递到压缩机10上的机械功率的稳定性；同时，与传动齿轮7的主动齿轮701同轴安装的发电机8利用多余生成的机械功发电，作为辅助电机6的供电或存放入蓄电池9中。
36.在本发明实施例中，蒸气压缩制冷循环系统包括蒸发器11、压缩机10、第二冷凝器13和节流阀12，传动齿轮701的从动齿轮702与压缩机10同轴连接，压缩机10接受了机械传动与发电系统传递的机械能，参与制冷循环，可以减少一次循环所做的功，达到减少能耗的目的。
37.本发明的系统，是有机朗肯循环系统与蒸气压缩制冷循环系统的有效结合，制冷且能发电，既节约了空间，又可以充分发挥汽车尾气的余热能量。该系统直接将发动机尾气余热产生的机械能用于冷藏车制冷，保证系统对于回收能量的高效利用，减少冷藏车整体能耗；机械传动与发电系统稳定余热产生的机械功率，并将多余机械功率用于发电，提升能量品质的同时，也提升了对能量的利用率，可以满足在工况变化时，使蒸气压缩制冷循环系统压缩机处于适当值，保证系统能量利用效率最高，制冷效果最好。
38.以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。