一种船用涡轮增压器排气驱动的喷射式双级有机闪蒸再热系统

1.本发明属于废气利用技术领域，尤其涉及一种涡轮增压器排气驱动的喷射式双级有机闪蒸再热系统。


背景技术：

2.船用涡轮增压器作为一种高效、节能、科技含量高的环保型产品，具有改善尾气排放污染、提高发动机的功率和扭矩特性，降低燃油消耗和发动机噪声等优点，但其排气仍具有较高热量，直接向环境排热，会使局部生态发生改变，热污染会导致全球气候的变化，给全球生态带来不可预期的影响。通过耦合余热发电系统，将热量有效利用，既可以产生电能输出，为整艘船提供电能及动力，又可以降低排气温度，减少热污染。因此可将其与有机闪蒸循环耦合。有机闪蒸循环是常用的发电技术之一，其设备简单可靠，与热源的匹配性高，能够实现余热的有效回收，但传统有机闪蒸循环中的节流阀会带来很大的
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损失，闪蒸后的饱和液也没有得到有效利用，因此本发明将传统有机闪蒸循环中的高压节流阀用喷射器代替，将闪蒸后的饱和液二次降压，分离出的气态工质作为引射流体进入喷射器，分离出的液态工质加压后再热，降低循环过程中的
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损失，增加发电量，以实现对涡轮增压器排气更好的利用。


技术实现要素：

3.一种涡轮增压器排气驱动的喷射式双级有机闪蒸再热系统，由涡轮增压器排气模块和闪蒸模块构成，涡轮增压器排气模块由船用涡轮增压器(1)、高温蒸发器(2)、低温蒸发器(13)组成；闪蒸模块由喷射器(3)、一号气液分离器(4)、膨胀机(5)、发电机(6)、冷凝器(11)、低压工质泵(12)、节流阀(7)、二号气液分离器(8)、高压工质泵(9)和混合器(10)组成；涡轮增压器(1)的出口排气与高温蒸发器(2)的入口、高温蒸发器(2)的出口与低温蒸发器(13)的入口通过管道相连，以构成涡轮增压器排气模块；高温蒸发器(2)的出口与喷射器(3)的工作流体入口、喷射器(3)的出口与一号气液分离器(4)的入口、一号气液分离器(4)的气态工质出口与膨胀机(5)的入口、膨胀机(5)的出口冷凝器(11)的入口、冷凝器(11)的出口与低压工质泵(12)的入口、低压工质泵(12)的出口与低温蒸发器(13)的入口、低温蒸发器(13)的出口与混合器(10)的入口、一号气液分离器(4)的液态工质出口与节流阀(7)的入口、节流阀(7)的出口与二号气液分离器(8)的入口、二号气液分离器(8)的气态工质出口与喷射器(3)的引射流体入口、二号气液分离器(8)的液态工质出口与高压工质泵(9)的入口、高压工质泵(9)的出口与混合器(10)的入口、混合器(10)的出口与高温蒸发器(2)的入口通过管道相连，以构成闪蒸模块。
4.作为本发明优选的，涡轮增压器排气模块，涡轮增压器(1)排出的具有热量的高温气体经过高温蒸发器(2)后再进入低温蒸发器(13)，使涡轮增压器(1)排气的热量得到充分利用。
5.作为本发明优选的，闪蒸模块采用有机物作为工质，且优选的，有机物r601作为循环工质。
6.作为本发明优选的，有机工质在高温蒸发器(2)和低温蒸发器(13)内吸热后成为吸热压力下的饱和液态，然后进入喷射器(3)的工作流体入口，从喷射器(3)出口离开的工质为气液混合态，随后进入一号气液分离器(4)进入气液分离，分离是完全的。
7.作为本发明优选的，一号气液分离器(4)分离出的饱和液态工质经节流阀节流阀(7)二次闪蒸降压，变成气液混合态，随后进入二号气液分离器(8)进行气液分离，分离是完全的，二号气液分离器(8)分离出的饱和气态工质全部进入喷射器(3)的引射流体入口，引射工作流体，实现降压；分离出的饱和液态工质经高压工质泵(9)加压到吸热压力。
8.作为本发明优选的，一号气液分离器(4)分离出的饱和气态工质全部进入膨胀机(5)膨胀，带动发电机(6)对外输出电能，做功后的乏气经冷凝器(11)冷凝至饱和液态，再经低压工质泵(12)加压至吸热压力，然后进入低温蒸发器(13)吸热，随后与经高压工质泵(9)加压后的工质在混合器(10)内混合，混合后进入高温蒸发器(2)内吸热，完成循环。
9.本发明的有益效果在于：
10.本发明提供的一种涡轮增压器排气驱动的喷射式双级有机闪蒸再热系统，将涡轮增压器排气依次进入高温蒸发器和低温蒸发器，使其热量得到充分利用；将闪蒸后的饱和液态工质二次闪蒸，分离出的气态工质作为引射流体进入喷射器，避免传统有机闪蒸循环高压节流阀的大量
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损失，并增加进入膨胀机的工质质量流量，提高膨胀机输出功；分离出的饱和液态工质加压后再次吸热，避免了其直接降压后冷凝的热量损失，从而提高系统性能。
附图说明
11.图1是本发明一种船用涡轮增压器排气驱动的喷射式双级有机闪蒸再热系统的原理图；
12.图中，1、涡轮增压器，2、高温蒸发器，3、喷射器，4、一号气液分离器，5、膨胀机，6、发电机，7、节流阀，8、二号气液分离器，9、高压工质泵，10、混合器，11、冷凝器，12、低压工质泵，13、低温蒸发器。
实施方式
13.下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步说明，如图1所示，涡轮增压器的排气通过管道先进入高温蒸发器放热，再进入低温蒸发器放热，随后排出。
14.该发电系统中的工质为有机工质，在循环系统中，有机工质先在高温蒸发器(2)内吸收涡轮增压器排气的热量至吸热压力下的饱和液态，随后作为工作流体进入喷射器(3)的工作流体喷嘴，经引射流体在喷射器(3)内降压为气液混合态，气液混合态的工质从喷射器(3)流出后进入一号气液分离器(4)进行气液的完全分离，分离出的饱和气态工质全部进入膨胀机(5)膨胀，带动发电机(6)对外输出电能，做功后的乏气进入冷凝器(11)，经其冷凝至饱和液态，饱和液态的工质进入低压工质泵(12)加压至吸热压力，然后进入低温蒸发器(13)内吸热；一号气液分离器(4)分离出的饱和液态工质全部进入节流阀(7)进行降压，降压为气液混合态，随后进入二号气液分离器(8)进行气液完全分离，分离出的饱和气态工质
全部作为引射流体进入喷射器(3)的引射流体喷嘴，来引射作为工作流体的饱和液态工质；二号气液分离器(8)分离出的饱和气态工质全部进入高压工质泵(9)，经其加压至吸热压力，随后进入混合器(10)，与在低温蒸发器(13)中吸热后的工质混合，混合后的工质进入高温蒸发器(2)内吸热至饱和液态，完成循环。
15.综上所述，本发明提出了一种涡轮增压器排气驱动的喷射式双级有机闪蒸再热系统，将涡轮增压器排气依次进入高温蒸发器和低温蒸发器，进行二次换热，使其热量得到充分利用；将闪蒸后的饱和液态工质再次闪蒸，分离出的气态工质作为引射流体进入喷射器，避免传统有机闪蒸循环高压节流阀的大量
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损失，并增加进入膨胀机的工质质量流量，提高膨胀机输出功；分离出的饱和液态工质加压后再次吸热，避免了其直接降压后冷凝的热量损失，从而提高系统性能。
16.尽管已经示出和描述了本发明的具体实施例,但本发明的保护范围并不局限于此，对于任何熟悉本领域的技术人员而言，可理解在不脱离本发明原理和精神的情况下对实施例进行多种变化、修改、替换和变形。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种船用涡轮增压器排气驱动的喷射式双级有机闪蒸再热系统，其特征在于，包括涡轮增压器排气模块和闪蒸模块，涡轮增压器排气模块由船用涡轮增压器(1)、高温蒸发器(2)、低温蒸发器(13)组成；闪蒸模块由喷射器(3)、一号气液分离器(4)、膨胀机(5)、发电机(6)、冷凝器(11)、低压工质泵(12)、节流阀(7)、二号气液分离器(8)、高压工质泵(9)和混合器(10)组成；所述涡轮增压器(1)的出口排气与高温蒸发器(2)的热源入口、高温蒸发器(2)的热源出口与低温蒸发器(13)的热源入口通过管道相连，以构成涡轮增压器排气模块；所述高温蒸发器(2)的工质出口与喷射器(3)的工作流体入口、喷射器(3)的出口与一号气液分离器(4)的入口、一号气液分离器(4)的气态工质出口与膨胀机(5)的入口、膨胀机(5)的出口冷凝器(11)的入口、冷凝器(11)的出口与低压工质泵(12)的入口、低压工质泵(12)的出口与低温蒸发器(13)的工质入口、低温蒸发器(13)的工质出口与混合器(10)的入口、一号气液分离器(4)的液态工质出口与节流阀(7)的入口、节流阀(7)的出口与二号气液分离器(8)的入口、二号气液分离器(8)的气态工质出口与喷射器(3)的引射流体入口、二号气液分离器(8)的液态工质出口与高压工质泵(9)的入口、高压工质泵(9)的出口与混合器(10)的入口、混合器(10)的出口与高温蒸发器(2)的工质入口通过管道相连，以构成闪蒸模块。2.根据权利要求1所述的一种涡轮增压器排气驱动的喷射式双级有机闪蒸再热系统，其特征在于，所述涡轮增压器排气模块，涡轮增压器(1)排出的具有热量的高温气体经过高温蒸发器(2)后再进入低温蒸发器(13)，使涡轮增压器(1)排气的热量得到充分利用。3.根据权利要求1所述的一种涡轮增压器排气驱动的喷射式双级有机闪蒸再热系统，其特征在于，所述闪蒸模块采用有机物作为工质，且优选的，有机物r601作为循环工质。4.根据权利要求1所述的一种涡轮增压器排气驱动的喷射式双级有机闪蒸再热系统，其特征在于，所述有机工质在高温蒸发器(2)和低温蒸发器(13)内吸热后成为吸热压力下的饱和液态，进入喷射器(3)的工作流体入口，从喷射器(3)出口离开的工质为气液混合态，随后进入一号气液分离器(4)进入气液分离，分离是完全的。5.根据权利要求1、4所述的一种涡轮增压器排气驱动的喷射式双级有机闪蒸再热系统，其特征在于，所述一号气液分离器(4)分离出的饱和液态工质经节流阀节流阀(7)二次闪蒸降压，变成气液混合态，随后进入二号气液分离器(8)进行气液分离，分离是完全的。二号气液分离器(8)分离出的饱和气态工质全部进入喷射器(3)的引射流体入口，引射工作流体，实现降压；分离出的饱和液态工质经高压工质泵(9)加压到吸热压力。6.根据权利要求1、4所述的一种涡轮增压器排气驱动的喷射式双级有机闪蒸再热系统，其特征在于，所述一号气液分离器(4)分离出的饱和气态工质全部进入膨胀机(5)膨胀，带动发电机(6)对外输出电能，做功后的乏气经冷凝器(11)冷凝至饱和液态，再经低压工质泵(12)加压至吸热压力，然后进入低温蒸发器(13)吸热，随后与经高压工质泵(9)加压后的工质在混合器(10)内混合，混合后进入高温蒸发器(2)内吸热，完成循环。

技术总结
本发明公开了一种船用涡轮增压器排气驱动的喷射式双级有机闪蒸再热系统，由涡轮增压器排气模块和闪蒸模块构成，涡轮增压器排气模块由船用涡轮增压器、高温蒸发器、低温蒸发器组成，闪蒸模块由喷射器、一号气液分离器、膨胀机、发电机、冷凝器、低压工质泵、节流阀、二号气液分离器、高压工质泵和混合器组成。有机工质在高温蒸发器吸收涡轮增压器排气的热量后作为工作流体进入喷射器降压，避免了直接节流造成的


技术研发人员：李惟慷 聂帅帅 杨新乐 王雨实 卜淑娟 于宁
受保护的技术使用者：辽宁工程技术大学
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/7/12