CN211116305U - 一种汽车废热回收利用装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种汽车废热回收利用装置，包括：发动机外壳冷却子系统，用于通过介质循环冷却发动机外壳，并回收发动机外壳的热量；发动机运行子系统，用于向发动机提供高压空气，并回收尾气的热量；汽车废热利用主系统，用于通过工质循环吸收发动机外壳冷却子系统和发动机运行子系统回收的热量，实现发电作业。本实用新型能够提升汽车能量回收率，可降低系统布置难度。

Description

一种汽车废热回收利用装置

技术领域

本实用新型属于废热利用技术领域，特别涉及一种汽车废热回收利用装置。

背景技术

目前，我国汽车保有量大幅度增加，其节能环保技术也越来越受到人们关注，运行过程中的废热回收研究成为当今热点。

传统汽车中，燃料燃烧所放出的能量被发动机转换成机械能的部分只占全部能量的三分之一左右，大部分被汽车废气带走并释放到大气中，因此亟需研究高效的汽车废热利用系统，降低汽车能耗。

现有的汽车废热利用方式主要为热力循环回收高温烟气废热，将汽车废热中的热能转化为电能，增加汽车节能能力，其中最为典型的则为郎肯循环。然而，仍存在一些问题，包括：

1)目前的系统大部分仅利用了尾气热量，在汽车内的发动机热量、高压空气热量仍未得到有效利用；

2)目前的系统大都将废热回收与汽车内冷气循环相分离，所采用的工质不一，增加了系统布置的难度及占用空间。

综上，亟需开发一种新的汽车废热利用系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种汽车废热回收利用装置，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本实用新型能够提升汽车能量回收率，可降低系统布置难度。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型的一种汽车废热回收利用装置，包括：

发动机外壳冷却子系统，用于通过介质循环冷却发动机外壳，并回收发动机外壳的热量；

发动机运行子系统，用于向发动机提供高压空气，并回收尾气的热量；

汽车废热利用主系统，用于通过工质循环吸收发动机外壳冷却子系统和发动机运行子系统回收的热量，实现发电作业；

汽车冷气循环子系统，用于实现汽车车内冷气制冷。

其中，发动机外壳冷却子系统包括：第一换热器和第一压缩机；发动机的冷却介质出口与第一换热器的第一进口相连通，第一换热器的第一出口经第一压缩机与发动机的冷却介质进口相连通。

发动机运行子系统包括：第二换热器、涡轮增压器和第三换热器；涡轮增压器的第一进口用于通入空气，涡轮增压器的第一出口与第二换热器的第一进口相连通；第二换热器的第一出口与发动机的空气进口相连通，发动机的空气出口与涡轮增压器的第二进口相连通，涡轮增压器的第二出口与第三换热器的第一进口相连通，第三换热器的第一出口用于通出换热后的尾气。

本实用新型的进一步改进在于，还包括：尾气循环装置；发动机的空气出口经尾气循环装置与发动机的空气进口相连通。

本实用新型的进一步改进在于，还包括：尾气后处理装置；涡轮增压器的第二出口经尾气后处理装置与第三换热器的第一进口相连通。

本实用新型的进一步改进在于，汽车废热利用主系统包括：工质存储罐、第二压缩机、发电透平和第一冷却器；工质存储罐的第一出口经第二压缩机与第一换热器的第二进口相连通，第一换热器的第二出口与第二换热器的第二进口相连通，第二换热器的第二出口与第三换热器的第二进口，第三换热器的第二出口与发电透平的工质进口相连通，发电透平的工质出口经第一冷却器与工质存储罐的进口相连通。

本实用新型的进一步改进在于，其中，汽车冷气循环子系统与汽车废热利用主系统的工质相同或不同。

本实用新型的进一步改进在于，汽车冷气循环子系统包括：节流阀、蒸发器和第三压缩机；工质存储罐的第二出口经节流阀与蒸发器的进口相连通，蒸发器的出口经第三压缩机和第一冷却器与工质存储罐的进口相连通。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的系统，综合利用汽车内的多项废热，提升汽车能量回收率，并将其与汽车内其他工质循环相融合，增加系统紧凑度。具体的，本实用新型通过设置多个换热器，可综合吸收利用发动机外壳热量、压缩空气热量及尾气热量，相较于单一尾气利用系统能源利用率能够提升10％-20％左右；通过两种循环中工质存储罐及冷却器的合并，实现了发电循环及制冷循环工质的统一，增加了系统紧凑度，降低了系统布置难度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例的一种汽车废热回收利用装置的示意图；

图1中，1、发动机；2、第一换热器；3、第一压缩机；4、第二换热器；5、第三换热器；6、发电透平；7、第一冷却器；8、工质存储罐；9、第二压缩机；10、涡轮增压器；11、第二冷却器；12、尾气循环装置；13、尾气后处理装置；14、节流阀；15、蒸发器；16、第三压缩机。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例。基于本实用新型公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型实施例的一种汽车废热回收利用装置，包括：

发动机外壳冷却子系统，由发动机1、第一换热器2和第一压缩机3组成；

发动机运行子系统，由涡轮增压器10、第二换热器4、第二冷却器11、发动机1、尾气循环装置12、尾气后处理装置13和第三换热器5组成；

汽车冷气循环子系统，由工质存储罐8、节流阀14、蒸发器15、第三压缩机16和第一冷却器7组成；

汽车废热利用主系统，由工质存储罐8、第二压缩机9、第一换热器2、第二换热器4、第三换热器5、发电透平6、第一冷却器7组成。

可选的，

发动机外壳冷却子系统包括：发动机1外壳连接至第一换热器2的第一入口，第一换热器 2的第一出口与第一压缩机3相连，第一压缩机3的出口连接至发动机1外壳，构成循环。

发动机外壳冷却子系统的工作流程为冷却工质流经发动机1外壳进行外壳冷却并完成升温，升温后的冷却工质经由第一换热器2释放热量并降温，此后通过第一压缩机3驱动继续流过发动机1外壳进行降温。

发动机运行子系统包括：涡轮增压器10的压缩机连接至第二换热器4的第一入口，第二换热器4的第一出口与第二冷却器11相连，第二冷却器11连接至发动机1，发动机1首先与尾气循环装置12相连，然后连接回发动机1，其次与涡轮增压器10的透平相连，涡轮增压器 10的透平通过尾气后处理装置13连接至第三换热器5的第一入口。

发动机运行子系统工作流程为空气通过涡轮增压器10的压缩机完成升压及升温，压缩后的空气经过第二换热器4释放热量并完成第一次降温，其后经过第二冷却器11完成第二次降温，降温后的高压空气进入发动机1燃烧，产生的尾气一部分通过尾气循环装置12返回发动机1，另一部分通过涡轮增压器10的透平发电，并流经尾气后处理装置13，此后进入第三换热器5释放热量并降温，尾气从第三换热器5的第一出口排至环境中。

汽车冷气循环子系统包括：工质存储罐8的第一出口与节流阀14相连，此后连接至蒸发器15，蒸发器15与第三压缩机16相连，此后连接至第一冷却器7，第一冷却器7的出口连接至工质存储罐8。

汽车冷气循环子系统的工作流程为工作介质从工质存储罐8的第一出口流出，经节流阀 14节流后进入蒸发器15，此时，蒸发器15所产生的冷量可用于车内冷气制冷，然后工质从蒸发器15流入第三压缩机16，并经由第一冷却器7返回工质存储罐8完成循环。

汽车废热利用主系统包括：工质存储罐8的第二出口与第二压缩机9相连，第二压缩机9 与第一换热器2的第二入口相连，第一换热器2的第二出口连接至第二换热器4的第二入口，第二换热器4的第二出口与第三换热器5的第二入口相连，第三换热器5的第二出口与发电透平6相连，发电透平6与第一冷却器7相连，并连接至工质存储罐8。

汽车废热利用主系统的工作流程为工作介质从工质存储罐8的第二出口流出，进入第二压缩机9完成升压后进入第一换热器2吸收发动机外壳热量，此后进入第二换热器4吸收高压空气热量，再进入第三换热器5吸收尾气热量，高温高压的工作介质进入发电透平6完成发电作业，此后进入第一冷却器7完成冷却并返回工质存储罐8，此时第一冷却器7所释放的热量可用于车内制热。

优选的，汽车冷气循环子系统及汽车废热利用主系统采用同一种工质，如有机工质，此外也可考虑使用不同工质；

优选的，当第二换热器的第一出口空气温度满足发动机工作条件时，可以减去第二冷却器以降低系统成本。

本方法能够实现：汽车废热的全方位利用，并实现发动机外壳冷却、汽车冷气循环等功能，且系统能量利用率高、结构相对紧凑、适合布置。

综上所述，本实用新型提供了一种汽车废热利用系统，能够实现汽车废热利用及能源管理，结构紧凑，易于推广。具体优点包括：1、通过设置多个换热器，综合吸收利用发动机外壳热量、压缩空气热量及尾气热量，相较于单一尾气利用系统增加了能源利用率；2、通过两种循环中工质存储罐及冷却器的合并，实现了发电循环及制冷循环工质的统一，增加了系统紧凑度，降低了系统布置难度。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种汽车废热回收利用装置，其特征在于，包括：

发动机外壳冷却子系统，用于通过介质循环冷却发动机(1)外壳，并回收发动机(1)外壳的热量；

发动机运行子系统，用于向发动机(1)提供高压空气，并回收尾气的热量；

汽车废热利用主系统，用于通过工质循环吸收发动机(1)外壳冷却子系统和发动机(1)运行子系统回收的热量，实现发电作业；

汽车冷气循环子系统，用于实现汽车车内冷气制冷；

其中，发动机外壳冷却子系统包括：第一换热器(2)和第一压缩机(3)；

发动机(1)的冷却介质出口与第一换热器(2)的第一进口相连通，第一换热器(2)的第一出口经第一压缩机(3)与发动机(1)的冷却介质进口相连通；

发动机运行子系统包括：第二换热器(4)、涡轮增压器(10)和第三换热器(5)；

涡轮增压器(10)的第一进口用于通入空气，涡轮增压器(10)的第一出口与第二换热器(4)的第一进口相连通；第二换热器(4)的第一出口与发动机(1)的空气进口相连通，发动机(1)的空气出口与涡轮增压器(10)的第二进口相连通，涡轮增压器(10)的第二出口与第三换热器(5)的第一进口相连通，第三换热器(5)的第一出口用于通出换热后的尾气。

2.根据权利要求1所述的一种汽车废热回收利用装置，其特征在于，还包括：尾气循环装置(12)；

发动机(1)的空气出口经尾气循环装置(12)与发动机(1)的空气进口相连通。

3.根据权利要求1所述的一种汽车废热回收利用装置，其特征在于，还包括：尾气后处理装置(13)；

涡轮增压器(10)的第二出口经尾气后处理装置(13)与第三换热器(5)的第一进口相连通。

4.根据权利要求1所述的一种汽车废热回收利用装置，其特征在于，汽车废热利用主系统包括：工质存储罐(8)、第二压缩机(9)、发电透平(6)和第一冷却器(7)；

工质存储罐(8)的第一出口经第二压缩机(9)与第一换热器(2)的第二进口相连通，第一换热器(2)的第二出口与第二换热器(4)的第二进口相连通，第二换热器(4)的第二出口与第三换热器(5)的第二进口，第三换热器(5)的第二出口与发电透平(6)的工质进口相连通，发电透平(6)的工质出口经第一冷却器(7)与工质存储罐(8)的进口相连通。

5.根据权利要求1所述的一种汽车废热回收利用装置，其特征在于，汽车冷气循环子系统与汽车废热利用主系统的工质不同。

6.根据权利要求1所述的一种汽车废热回收利用装置，其特征在于，汽车冷气循环子系统包括：节流阀(14)、蒸发器(15)和第三压缩机(16)；

工质存储罐(8)的第二出口经节流阀(14)与蒸发器(15)的进口相连通，蒸发器(15)的出口经第三压缩机(16)和第一冷却器(7)与工质存储罐(8)的进口相连通。

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