内燃机冷却循环与排气能量回收ORC的复合装置及控制方法

摘要

本发明公开了一种内燃机冷却循环与排气能量回收ORC的复合装置及控制方法：所述复合装置特征是在所述ORC中冷凝器与所述内燃机冷却循环中散热水箱出口之间设置电动水泵A，以实现ORC冷凝压力控制和内燃机快速暖机；所述控制方法包括ORC控制器的控制方法和内燃机冷却循环控制器的控制方法，其中，ORC控制器的控制方法是基于状态机的控制方法，所述状态机定义了所述复合装置运行模式：停机、暖机、起动、冲转、做功和保护模式，以及各模式之间的转移逻辑关系，然后基于确定的运行模式执行相应的控制操作。本发明提出了一种应对道路工况条件下ORC回收车用内燃机排气能量所面临的热源波动以及缺少冷源两大应用问题的技术方案。

主权项

一种内燃机冷却循环与排气能量回收ORC的复合装置，包括内燃机(1)、用于回收内燃机排气能量的ORC、内燃机冷却循环、ORC控制器和内燃机冷却循环控制器；所述ORC包括工质泵(2)，蒸发器(3)，透平发电机组(5)，透平前端电动阀(4)，旁通电动阀(6)、冷凝器(7)和集液器(8)；其中，所述蒸发器(3)设置于所述内燃机(1)的排气管上，用于回收所述内燃机(1)排气中的余热能；所述工质泵(2)设置在所述蒸发器(3)的前端管路上，用于供给和调节所述蒸发器(3)中的工质流量；所述透平发电机组(5)设置在所述蒸发器(3)的后端管路上，所述透平发电机组(5)是所述ORC的能量转换部件，用于将所述蒸发器(3)产生的高温高压的蒸汽能量转化为电能对外输出；所述透平前端电动阀(4)设置在所述蒸发器(3)与所述透平发电机组(5)之间，用于调节所述透平发电机组(5)的耗汽量，调控蒸发压力；所述旁通电动阀(6)与所述透平发电机组(5)并联设置在所述蒸发器(3)后端的管路上，用于在所述蒸发器(3)产生的蒸汽的干度不能满足所述透平发电机组(5)的安全性限制时，与所述透平前端电动阀(4)配合对所述透平发电机组(5)进行旁通保护；所述冷凝器(7)设置在所述透平发电机组(5)的后端管路上，用于将所述透平发电机组(5)出口的乏汽冷凝至液相；所述集液器(8)设置在所述冷凝器(7)的出口，用于缓冲所述ORC中工质流量的变化；所述内燃机冷却循环包括电动水泵B(10)，散热水箱(11)以及电动风扇(12)；其特征在于还包括电动水泵A(9)，所述电动水泵A(9)设置在所述ORC中的冷凝器(7)冷测入口与所述散热水箱(11)出口之间的管路上，调节冷却水流量控制所述冷凝器(7)中的冷凝压力，以实现所述ORC冷却和所述内燃机(1)的快速暖机；所述ORC控制器与所述内燃机(1)以及所述ORC中的工质泵(2)，透平前端电动阀(4)，旁通电动阀(6)以及透平发电机组(5)电联，所述ORC控制器采集所述ORC中各测点信息，结合所述内燃机冷却循环的出口冷却水温度信息以及所述内燃机(1)的起停状态信息，判定所述ORC的运行模式，控制所述工质泵(2)，透平前端电动阀(4)，旁通电动阀(6)以及透平发电机组(5)执行相应的操作；所述内燃机冷却循环控制器与所述内燃机冷却循环中的电动水泵A(9)、电动水泵B(10)、电动风扇(12)以及所述ORC控制器电联；所述内燃机冷却循环控制器根据所述内燃机冷却循环中各测点采集的实时信息，调节所述电动水泵B(10)以及电动风扇(12)以满足所述内燃机冷却循环的水温调控的需求，调节所述电动水泵A(9)以满足所述ORC的冷凝压力的控制需求。