CN105522890B - 汽车发动机废热回收空调控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车发动机废热回收应用领域，公开了一种汽车发动机废热回收空调控制装置，包括：蓄热管路、换热管路以及散热管路，蓄热管路中连接有水水换热器、烟气换热器，以及蓄热器；蓄热管路通过蓄热器连接换热管路或散热管路；换热管路中连接有蓄热器和蓄冷器，还包括溴化锂制冷机。本发明利用汽车发动机尾气和发动机冷却水的废热实现空调制冷制热，提高汽车废热回收效率，节约能源。

Description

汽车发动机废热回收空调控制装置

技术领域

本发明涉及汽车废热回收应用技术领域，特别涉及一种汽车发动机废热回收空调控制装置。

背景技术

自20世纪70年代世界性的能源危机发生以来，能源问题受到世界各国普遍重视，各经济大国都致力抢占能源市场同时，对节能技术的重视程度也大大加强。随着人们生活水平的提高，汽车保有量越来越大，汽车能源消耗在总能源消耗中所占的比例越来越高，汽车节能问题越来越受到各国关注。节能已经成为当今世界汽车工业发展的主题之一。汽车消耗的能源主要是石油燃料，而我国是一个石油存储量相对欠缺的国家，目前已成为世界第二大石油进口国。随着我国汽车工业的迅速发展，提高汽车燃料有效利用率和减少环境污染在我国具有更重要的战略意义。

调查研究表明，在汽车的行驶过程中，燃油燃烧总热量的60％-75％以废热形式排出了车外，主要是两部分，一部分被汽车以发动机高温尾气的形式排出；另一部分被发动机冷却液带走。当然还少部分消耗在汽车零部件工作的摩擦中，针对这两个主要部分的废热，当前学术界针对废热的利用有多种回收途径，可以回收废热实现车厢热水系统供应，可以实现车厢卫生净化装置水来源，近年更有太原理工大学学者鲍亮亮提出利用汽车尾气实现温差发电，但由于所需要的热电材料的特殊性要求，成本考虑，以及电能转化方面的要求难以在运动的车辆上实现，有部分实现障碍。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种汽车发动机废热回收空调控制装置，利用发动机尾气和发动机冷却水的热能回收，实现汽车箱体的制冷与供暖功能，提高热能回收利用效率。

本发明具体技术方案如下；

一种汽车发动机废热回收空调控制装置，包括主控制器、可编程控制器、温度传感器；以及蓄热管路、换热管路以及散热管路，风机、控制阀、溶液泵、若干单向阀分别连接在各个管路中；蓄热管路中连接有水水换热器、烟气换热器、蓄热器；蓄热管路通过蓄热器连接换热管路或散热管路；换热管路中连接有蓄热器和蓄冷器，还包括溴化锂制冷机。

主控制器与可编程控制器相互串行通信连接，通过可编程控制器采集温度传感器的实时温度；并给控制阀、溶液泵、风机输出控制信号。

整个空调控制装置有多条回路，分别对应着不同的阀门和水泵的控制，若对车厢温度变化做出全系统同时调控，必将引发不同模块之间的耦合效应，为避免这样效应的发生，我们将整个系统看成三个独立控制回路，即蓄热管路、换热管路以及散热管路，每个控制回路有独立的输入和输出量，通过不同的控制阀相互配合，从而将复杂的控制回路由三个独立循环合并实现。

进一步的，蓄热管路包括：水水换热器与蓄热器连接并形成的回路，以及烟气换热器通过烟气控制阀连接在水水换热器与蓄热器之间的管路中。水水换热器连接冷却水回路。水水换热器与蓄热器之间设置有第一溶液泵。

高温的发动机冷却水进入水水换热器后，热量以高温液体的形式被水水换热器储存起来；冷却水降温后继续循环冷却发动机，水水换热器中的热水热量接下来通过第一溶液泵进行流速控制，进一步与蓄热器进行热量交换，将热量存储到蓄热器中。

另外，汽车在正常运行时，发动机排出尾气的温度可达到500℃-600℃，高温的尾气通入烟气换热器中，尾气由气态转化为液态的过程，会向烟气换热器的收集溶液(液态水)中释放大量的热，这些热量被烟气换热器以高温溶液的形式收集起来，再输送到蓄热器中存储。

进一步的，换热管路包括：蓄热器与溴化锂制冷机连接形成的回路；以及溴化锂制冷机与蓄冷器连接形成的回路。

溴化锂制冷机利用溴化锂溶液的吸湿性，以水为制冷剂，溴化锂为吸收剂，蓄热器中的热量作为溴化锂制冷机的动力，用以加热溴化锂溶液，从而冷却溴化锂制冷机与蓄冷器中的循环冷却水，经制冷的循环冷却水输送到蓄冷器中进行储存，配合风机的作用，用来给车厢空调制冷。

蓄热器与溴化锂制冷机之间设置有第二溶液泵，蓄冷器与溴化锂制冷机之间设置有第三溶液泵，用于促进各管道内液态水的循环，同时可以通过控制流速来调节各节点温度。

进一步的，换热管路还包括固态冷却器，固态冷却器与溴化锂制冷机连接并形成回路，在该回路中设置有一个第五溶液泵，用以控制进入固态冷却器的流量。固态冷却器用于提高溴化锂制冷机的冷却效率，并适应汽车的颠簸状态。

进一步的，散热管路包括分布式散热器，且分布式散热器连接蓄热器或蓄冷器。分布式散热器连接蓄热器时，可以对车内环境制热，连接蓄冷器时，可以对车内环境制冷，同时，分布式散热器的位置与风机相对应，通过控制风机风量大小，可以调控分布式散热器的散热效率。散热管路中还设置有一个第四溶液泵，用于促进散热管路内液态水的循环，同时可以通过控制流速来调节分布式散热器的热量发散。

优选地，控制装置还包括主控制器和可编程控制器，主控制器与可编程控制器相互连接，蓄热管路、换热管路以及散热管路中均分布有若干温度传感器，温度传感器将信号传送给可编程控制器。同时，由可编程控制器控制各回路中不同的控制阀开启或关闭，控制风机的转速，以及各溶液泵的流速。从而最终对应不同的需求，控制车内的温度。

本发明具有以下有益效果：

1、利用汽车发动机尾气和发动机冷却水的废热实现空调制冷制热，提高汽车废热回收效率，节约能源；

2、利用水作为热量回收和传输机制的媒介，也是用水作为我们溴化锂制冷机组热量传输的载体。在热量收集、传输装置方面稳定性、可控性好，且不会产生有害气体；

3、可以有效解决夏季或冬季乘客二次上车烦恼，实时有效控制温度，对汽车性能无影响；

4、整个空调控制系统有多条回路，结构清晰紧凑，每个控制回路有独立的输入和输出量，各回路之间不会发生耦合效应。

附图说明

图1为本发明实施例整体结构示意图；

图2为本发明实施例控制模块示意图；

其中：1-水水换热器、2-烟气换热器、3-蓄热器、4-溴化锂制冷机、5-蓄冷器、6-分布式散热器、7-固态冷却器、8-主控制器、9-可编程控制器、10-风机、B1-第一溶液泵、B2-第二溶液泵、B3-第三溶液泵、B4-第四溶液泵、B5-第五溶液泵、F1-第一阀门、F2-第二阀门、F3-第三阀门、F4-第四阀门、F5-第五阀门、F6-第六阀门、F7-第七阀门、F8-第八阀门、F9-第九阀门、F10-第十阀门、F11-第一制热阀门、F12-第二制热阀门、11-第一单向阀、12-第二单向阀、13-第三单向阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

本发明提供了一种汽车发动机废热回收空调控制装置，利用发动机尾气和发动机冷却水的热能回收，实现汽车箱体的制冷与供暖功能，提高热能回收利用效率。

如图1、2所示，一种汽车发动机废热回收空调控制装置，包括主控制器8和可编程控制器9，主控制器8与可编程控制器9相互连接，通过主控制器8与可编程控制器9控制整个装置的运作。

本发明的主体装置包括蓄热管路、换热管路以及散热管路，蓄热管路中连接有水水换热器1、烟气换热器2，以及蓄热器3；蓄热管路通过蓄热器3连接换热管路或散热管路；换热管路中连接有蓄热器3和蓄冷器5，还包括溴化锂制冷机4。

所述蓄热管路为：

水水换热器1与蓄热器3连接并形成回路，烟气换热器2通过烟气控制阀连接在水水换热器1与蓄热器3之间的管路中。

水水换热器1连接冷却水回路，并且通过第一阀门F1和第二阀门F2的切换可以控制发动机冷却水是否接入蓄热管路。开启第一阀门F1，关闭第二阀门F2，则水水换热器1工作；关闭第一阀门F1，开启第二阀门F2，则水水换热器1中不通入冷却水，不工作。其中第一阀门F1和第二阀门F2也可以设置成其他结构。

水水换热器1与蓄热器3之间设置有第一溶液泵B1。通过第一溶液泵B1控制蓄热管路流速，从而控制蓄热器3温度。

所述的烟气控制阀是指图1中的第三阀门F3与第四阀门F4。关闭第三阀门F3，开启第四阀门F4，则烟气换热器接入蓄热管路，并给蓄热器3供热；开启第三阀门F3，关闭第四阀门F4，则烟气换热器不接入蓄热管路。第三阀门F3与第四阀门F4也可以设置成其他类似阀门或管路。

第五阀门F5作为蓄热管路的总阀门，控制蓄热循环的开启或关闭。

由主控制器8、可编程控制器9控制阀门F1-F6、第一溶液泵B1。完成将发动机冷却水及尾气废热回收到蓄热器3.

所述换热管路为：

蓄热器3与溴化锂制冷机4连接，并形成回路；溴化锂制冷机4与蓄冷器5连接，并形成回路。

蓄热器3与溴化锂制冷机4之间设置有使循环水单向循环的第一单向阀11与第二单向阀12，以及通过改变流速控制溴化锂制冷机4工作的第二溶液泵B2；还设有第七阀门F7，用于控制溴化锂制冷机4的开启或关闭。

溴化锂制冷机4与蓄冷器5之间设置有通过改变流速控制蓄冷器5工作的第三溶液泵B3以及控制蓄冷器5开启或关闭的第八阀门F8。

溴化锂制冷机4还包括固态冷却器7，固态冷却器7与溴化锂制冷机4连接并形成回路，该回路中设置一个第五溶液泵B5，通过控制流速，调节固态冷却器7的工作。固态冷却器7的主体结构为外方内圆的通管，且外部布满散热片。固态冷却器7可以连接在汽车底部，并利用汽车行驶中的风速实现冷却，从而降低因汽车颠簸影响溴化锂制冷机4的工作。固态冷却器7可以给溴化锂制冷机4中的冷却水降温5℃左右。

由主控制器8、可编程控制器9控制阀门F7、F8、溶液泵B2、B3、B5。完成用蓄热器3中回收的废热驱动制冷溴化锂制冷机4制冷及将冷媒存储到蓄冷器3中。

所述散热管路为：

分布式散热器6，且分布式散热器6连接蓄热器3或蓄冷器5。

当汽车需要制热时，蓄热器3通过第二溶液泵B2和第二单向阀12连接到第二制热阀F12和第四溶液泵B4连接到分布式散热器6，进而通过第一制热阀F11回到蓄热器3，形成制热回路。此时连接溴化锂制冷机4的第七阀门F7关闭，连接蓄冷器5的第十阀门F10关闭，同时由于蓄冷器5出口处设置有第三单向阀13，制热回路中的水不会回流至蓄冷器5中。

当汽车需要制冷时，蓄冷器5通过第三单向阀13和第四溶液泵B4连接到分布式散热器6，进而通过第十阀门F10回到蓄冷器5，形成制冷回路。

蓄热管路、换热管路以及散热管路中均分布有若干温度传感器T1-T11。温度传感器T1-T11连接到可编程控制器9，将温度信息予以反馈，便于整个装置的智能控制。

以上对本发明所提供的汽车发动机废热回收空调控制装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，例如热回收装置的数量、位置和温度控制，均可依据实际需要做相应变化。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种汽车发动机废热回收空调控制装置，其特征在于，包括主控制器(8)、可编程控制器(9)、温度传感器(T1-T11)；

以及蓄热管路、换热管路以及散热管路，风机(10)、控制阀(F1-F12)、溶液泵(B1-B5)、若干单向阀连接在上述管路中；

蓄热管路中连接有水水换热器(1)、烟气换热器(2)、蓄热器(3)；

蓄热管路的蓄热器(3)通过控制阀连接到换热管路和散热管路中；

换热管路中连接有蓄热器(3)和蓄冷器(5)，还包括溴化锂制冷机(4)；

换热管路通过蓄冷器(5)连接到散热管路；蓄热器(3)连接到散热管路中的管路上设有第二单向阀(12)，控制流体从蓄热器(3)单向流出；蓄冷器(5)连接到散热管路中的管路上设有第三单向阀(13)，控制流体从蓄冷器(5)单向流出。

2.如权利要求1所述的汽车发动机废热回收空调控制装置，其特征在于，主控制器(8)与可编程控制器(9)相互串行通信连接，通过可编程控制器(9)采集温度传感器(T1-T11)的实时温度；并给控制阀(F1-F12)、溶液泵(B1- B5)、风机(10)输出控制信号。

3.如权利要求2所述的汽车发动机废热回收空调控制装置，其特征在于，所述蓄热管路为：水水换热器(1)与蓄热器(3)连接并形成回路，烟气换热器(2)通过烟气控制阀连接在水水换热器(1)与蓄热器(3)之间的管路中。

4.如权利要求3所述的汽车发动机废热回收空调控制装置，其特征在于，所述水水换热器(1)连接冷却水回路。

5.如权利要求3所述的汽车发动机废热回收空调控制装置，其特征在于，水水换热器(1)与蓄热器(3)之间设置有第一溶液泵(B1)。

6.如权利要求2所述的汽车发动机废热回收空调控制装置，其特征在于，所述换热管路为：蓄热器(3)与溴化锂制冷机(4)连接，并形成回路；溴化锂制冷机(4)与蓄冷器(5)连接，并形成回路。

7.如权利要求6所述的汽车发动机废热回收空调控制装置，其特征在于，所述换热管路还包括固态冷却器(7)，固态冷却器(7)与溴化锂制冷机(4)连接并形成回路。

8.如权利要求2所述的汽车发动机废热回收空调控制装置，其特征在于，所述散热管路包括分布式散热器(6)，且分布式散热器(6)连接蓄热器(3)或蓄冷器(5)。

9.如权利要求1-7任一所述的汽车发动机废热回收空调控制装置，其特征在于，蓄热管路、换热管路以及散热管路中均设置有溶液泵。

10.如权利要求1-7任一所述的汽车发动机废热回收空调控制装置，其特征在于，蓄热管路、换热管路以及散热管路中均分布有若干温度传感器。