CN106481434A - 一种发动机的余热利用装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发动机的余热利用装置及包含该装置的发动机，包括发动机、冷却水循环管路、发动机进气管、发动机排气管、涡轮增压器、冷却水箱和风扇，还包括设置于冷却水循环管路上的热交换器、设置于发动机进气管上的水冷中冷器，换热循环管路依次连接循环水池、循环水泵、热交换器、水冷中冷器和采暖终端，最终回到循环水池，还包括控制风扇开关的电磁离合器，以及第一温度传感器及中央控制器。本发明的发动机的余热利用装置，结构简单，余热回收效率高，与传统的发动机冷却系统和余热利用系统并联的装置相比，结构简单、成本低廉，余热利用率高，尤其适用于军队、高原寒冷地区军队使用发电机的特殊要求，为营房提供采暖。

Description

一种发动机的余热利用装置
技术领域
本发明涉及一种余热利用装置，具体涉及一种发动机的余热利用装置，属于热能回收利用技术领域。
背景技术
相关研究表明，发动机工作时，转变为有效功的热当量占燃料燃烧发热量的20～45％，以废热形式排出的能量占燃烧总能量的55～80％，也就是说，发动机发出的能量只有三分之一被有效利用，其它的大部分能量则通过发动机的冷却水散热和高温尾气排热而损失掉了，造成了能源的浪费。
为了有效利用发动机的余热，从20世纪80年代，以发达国家的一些大型汽车公司为主，开始兴起对发动机余热回收利用的研究。近年来，发动机余热回收已成为提高能量利用效率的研究热点，且内容广泛。在废气余热回收利用方面，主要有温差发电、取暖、制冷、利用废气余热作功以及混合涡轮增压等；在冷却液余热回收利用方面，主要是用于取暖和制冷。
但是，现有技术的发动机余热回收装置基本上都是对单一余热进行回收，鲜见对发动机进气余热和冷却液余热进行联合回收的研究；同时，对发动机的余热进行回收时，采用冷却系统和余热回收系统并联的方法，不仅结构复杂，而且成本高。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明提供一种发动机的余热利用装置以及包含上述装置的发动机，不仅结构简单、控制简便，而且能够对发动机的冷却液及发动机进气余热进行联合回收，热量回收效率高。
本发明为实现上述技术目的，采用如下的技术方案：
一种发动机的余热利用装置，包括发动机，以及设置于发动机上的冷却水循环管路、发动机进气管及发动机排气管，在发动机进气管上依次设置有空气滤清器及涡轮增压器，在冷却水循环管路以及发动机进气管上设置有冷却水箱，冷却水箱一侧设置有风扇，发动机的余热利用装置还包括：
设置于冷却水循环管路上的热交换器、设置于发动机进气管上的水冷中冷器，所述水冷中冷器设置于涡轮增压器与冷却水箱之间，以及设置于发动机外的循环水池、循环水泵、换热循环水管和采暖终端，所述换热循环水管依次连接循环水池、循环水泵、水冷中冷器、热交换器以及采暖终端，最后回到循环水池。
还包括第一温度传感器，用以监测环境温度。
还包括中央控制器，所述第一温度传感器、控制风扇开关的电磁离合器以及循环水泵分别与中央控制器电连接。
一种发动机的余热利用装置，进一步的，还包括第二温度传感器，所述第二温度传感器设置于发动机的缸体侧，用以监测发动机的温度，所述第二温度传感器与中央控制器电连接。
一种发动机的余热利用装置，进一步的，发动机启动时，第一温度传感器监测环境温度，第一温度传感器的监测温度低于28℃时，将信号传送给中央控制器，中央控制器发出指令，电磁离合器分离，同时控制循环水泵得电，此时，风扇关闭，停止对冷却水箱散热，循环水池内的水开始循环，利用热交换器及水冷中冷器换热，开启采暖模式。
第一温度传感器的监测温度高于28℃时，将信号传送给中央控制器，中央控制器发出指令，电磁离合器结合，同时控制循环水泵断电，此时风扇开启，开始对冷却水箱散热，循环水池内的水停止循环，热交换器及水冷中冷器停止换热，开启发动机冷却模式。
一种发动机的余热利用装置，进一步的，发动机启动时，第二温度传感器监测发动机的温度，第二温度传感器的监测温度高于90℃时，第二温度传感器将信号传递给中央控制器，中央控制器控制电磁离合器结合，同时控制循环水泵得电，风扇对冷却水箱降温，循环水池内的水开始循环，热交换器及水冷中冷器换热，开启发动机强制冷却模式。
第二温度传感器的监测温度低于86℃时，第二温度传感器将信号发送给中央控制器，第一温度传感器的监测温度低于28℃时，将信号传送给中央控制器，中央控制器发出指令，电磁离合器分离，同时控制循环水泵得电，此时，风扇关闭，停止对冷却水箱散热，循环水池内的水开始循环，利用热交换器及水冷中冷器换热，开启采暖模式。
第二温度传感器的监测温度低于86℃时，第二温度传感器将信号发送给中央控制器，第一温度传感器的监测温度低于28℃时，第一温度传感器的监测温度高于28℃时，将信号传送给中央控制器，中央控制器发出指令，电磁离合器结合，同时控制循环水泵断电，此时风扇开启，开始对冷却水箱散热，循环水池内的水停止循环，热交换器及水冷中冷器停止换热，开启发动机冷却模式。
一种发动机的余热利用装置，进一步的，风扇与发动机的从动轮连接，所述电磁离合器设置于发动机的从动轮与风扇之间。
一种发动机，包括上述发动机的余热利用装置。
本发明采用上述技术方案取得如下技术效果：
1.本发明的发动机的余热利用装置，热交换器与冷却水箱连接，实现发动机的循环冷却水的余热回收，水冷中冷器实现发动机的进气的余热回收，热交换器和水冷中冷器串联，共同实现发动机的余热回收利用，结构简单，余热回收效率高。与传统的发动机冷却系统与余热回收利用系统并联的方式相比，减少了电磁阀的用量，降低了成本。
2.本发明的发动机的余热利用装置，采用第一温度传感器监测环境温度，当环境温度低，有采暖需求时，关闭风扇，开启水泵，热交换器及水冷中冷器换热，开启采暖模式，利用发动机余热进行采暖；当环境温度高，不需要进行采暖时，开启风扇，关闭水泵，热交换器和水冷中冷器停止热交换，开启发动机冷却模式，进行常规的发动机冷却。采用中央控制器控制电磁离合器的离合，进而控制风扇的开关以及循环水泵的得电断电，从而控制采暖和发动机冷却模式的更换，结构简单，控制方便、智能。
3.发本明的发动机的余热利用装置，采用第二温度传感器监测发动机的温度，当发动机温度过高，影响使用或者损害发动机寿命时，同时开启风扇及循环水泵，双重冷却，增强冷却效果，降低发动机的温度，保证发动机正常使用，延长发动机的使用寿命。
附图说明
图1是本发明的实施例1的发动机的余热利用装置的结构示意图。
图2是本发明的实施例2的发动机的余热利用装置的结构示意图。
附图标记列示如下：发动机1，冷却水循环管路2，发动机进气管3，空气滤清器4，涡轮增压器5，冷却水箱6，风扇7，热交换器8，水冷中冷器9，循环水池10，循环水泵11，换热循环水管12，采暖终端13，电磁离合器14，中央控制器15，第一温度传感器16，第二温度传感器17。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的发动机的余热利用装置的技术方案进行进一步的描述，使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施。
实施例1
参见图1，本发明提供一种发动机的余热利用装置，包括发动机1，发动机1上设置有冷却水循环管路2，冷却水循环管路2上依次连接冷却水泵(图1中未画出)和冷却水箱6，发动机1自带的风扇7对冷却水箱6进行降温，完成循环水的冷却。在发动机进气管3上依次设置有空气滤清器4及涡轮增压器5，然后连接中冷器或者冷却水箱6，并进入发动机1，发动机1上还设置有发动机排气管。
冷却水箱6可以设置成两个单独的箱体，一个箱体连接冷却水循环管路2，另一个箱体连接发动机进气管，利用发动机1自带的风扇7，分别对冷却水及发动机进气进行降温。
为了对发动机的余热进行有效的利用，本发明的发动机的余热利用装置，在冷却水循环管路2上进一步设置热交换器8，优选设置冷却水箱6之后；同时，在发动机进气管3上还设置水冷中冷器9，水冷中冷器9优选设置在涡轮增压器5与冷却水箱6之间。同时，设置循环水池10，用换热循环水管12依次连接循环水池10、循环水泵11、水冷中冷器9、热交换器8，采暖终端13，最终回到循环水池10，利用水冷中冷器9级热交换器8与发动机进气及冷却水进行热交换，加热循环水池内的水，从而实现采暖供应。
将热交换器8及水冷中冷器9串联，可以降低成本，简化设备，提高余热回收率。
在采暖使用环境中，设置第一温度传感器16，用以监测环境温度。电磁离合器14用于控制风扇7的开关。作为一种优选的方式，风扇7由发动机1的从动轮带动旋转，在从动轮上设置电磁离合器14，由电磁离合器14控制风扇7的开关。第一温度传感器16、电磁离合器14以及循环水泵11与中央控制器15电连接。以便实现控制的智能化。
使用时，第一温度传感器16监测环境温度，当环境温度高于特定值，无采暖需求时，第一温度传感器16传递信号给中央控制器15，中央控制器15发出指令，电磁离合器14结合，同时控制循环水泵11断电，此时，开启发动机冷却模式，通过风扇7的对冷却水箱6进行降温，实现冷却水和发动机进气的冷却，从而对发动机1进行冷却；当环境温度低于特定值，需要进行采暖时，第一温度传感器16传递信号给中央控制器15，中央控制器15发出指令，电磁离合器14分离，同时控制循环水泵11得电，循环水池10内的水开始循环，开启采暖模式。此时风扇7不再对冷却水和发动机进气进行冷却，热交换器8及水冷中冷器9分别与冷却水和发动机进气进行换热，最终对循环水池10的水进行加热，并输送到采暖终端13，用以采暖。
上述发动机的余热利用装置，与现有技术常用的发动机的冷却系统和余热利用系统并联的方式相比，结构更为简单，减少了电磁阀的用量，降低了设备成本，提高了余热利用率。
作为一种优选的方案，发动机1启动时，第一温度传感器16监测环境温度，第一温度传感器16的监测温度低于28℃时，将信号传送给中央控制器15，中央控制器15发出指令，电磁离合器14分离，同时控制循环水泵11得电，此时，风扇7关闭，不再对冷却水箱6进行降温，循环水池10内的水开始循环，利用热交换器8及水冷中冷器9换热，加热循环水池10内的水，开启采暖模式。
第一温度传感器16的监测温度高于28℃时，将信号传送给中央控制器15，中央控制器15发出指令，电磁离合器14结合，同时控制循环水泵11断电，此时风扇7开启，开始对冷却水箱6进行降温，循环水池10内的水停止循环，热交换器8及水冷中冷器9停止换热，开启发动机冷却模式。
实施例2
参见图2，实施例2在实施例1的基础上，还包括第二温度传感器17，第二温度传感器17设置于发动机1本体的缸体侧，用以监测发动机1的温度，第二温度传感器17与中央控制器15电连接。
当夏天天气炎热时，散热效果差，有时候会导致发动机的温度过高，从而影响发动机的使用效果，降低发动机的使用寿命。实施例2可以有效解决上述问题。
发动机1工作时，当第二温度传感器17监测到发动机1的温度正常时，按照如实施例1所述的方法进行发动机的冷却或者采暖模式；当第二温度传感器17监测到发动机1的温度高于一特定值时，第二温度传感器17将信号传递给中央控制器15，中央控制器15控制电磁离合器14结合，同时控制循环水泵11得电，开启发动机强制冷却模式，同时采用风扇7、热交换器8及水冷中冷器9对冷却水及发动机进气进行降温，快速降低其温度，从而使发动机1的温度下降至特定温度以下，保证发动机1的使用效果，延长发动机1的使用寿命。
作为一种优选的方案，发动机1启动时，第二温度传感器17监测发动机1的温度，第二温度传感器17的监测温度高于90℃时，第二温度传感器17将信号传递给中央控制器15，中央控制器15控制电磁离合器14结合，同时控制循环水泵11得电，风扇7对冷却水箱6降温，循环水池10内的水开始循环，热交换器8及水冷中冷器9换热，对冷却水和发动机进气进行双重降温，开启发动机强制冷却模式。
第二温度传感器17的监测温度低于86℃时，第二温度传感器17将信号发送给中央控制器15，第一温度传感器16的监测温度低于28℃时，将信号传送给中央控制器15，中央控制器15发出指令，电磁离合器14分离，同时控制循环水泵11得电，此时，风扇7关闭，停止对冷却水箱6的降温，循环水池10内的水开始循环，利用热交换器8及水冷中冷器9换热，对循环水池10内的水进行加热，开启采暖模式；
第二温度传感器17的监测温度低于86℃时，第二温度传感器17将信号发送给中央控制器15，第一温度传感器16的监测温度低于28℃时，第一温度传感器16的监测温度高于28℃时，将信号传送给中央控制器15，中央控制器15发出指令，电磁离合器14结合，同时控制循环水泵11断电，此时风扇7开启，开始对冷却水箱6进行降温，循环水池10内的水停止循环，热交换器8及水冷中冷器9停止换热，开启发动机冷却模式。
本发明还提供一种发动机，包括实施例1或实施例2的发动机的余热利用装置。
本发明尤其适用于军队，特别是高原寒冷地区军队使用，发动机工作时产生的热量回收利用，为营房提供采暖，可节省大量能量，特别是在高原寒冷地区更为有益。而且部队的军事机构有保密要求，单独的供暖装置的热源很容易被测到，而采用本本发明的采暖方式则比较隐蔽。
本发明提供的发动机的余热利用装置，不受上述实施例的限制，凡是利用本发明的结构和方式，经过变换和代换所形成的技术方案，都在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种发动机的余热利用装置，包括发动机(1)，以及设置于发动机(1)上的冷却水循环管路(2)、发动机进气管(3)及发动机排气管，在发动机进气管(3)上依次设置有空气滤清器(4)及涡轮增压器(5)，在冷却水循环管路(2)以及发动机进气管(3)上设置有冷却水箱(6)，冷却水箱(6)一侧设置有风扇(7)，其特征在于，所述发动机的余热利用装置还包括：
设置于冷却水循环管路(2)上的热交换器(8)、设置于发动机进气管(3)上的水冷中冷器(9)，所述水冷中冷器(9)设置于涡轮增压器(5)与冷却水箱(6)之间，以及设置于发动机(1)外的循环水池(10)、循环水泵(11)、换热循环水管(12)和采暖终端(13)，所述换热循环水管(12)依次连接循环水池(10)、循环水泵(11)、水冷中冷器(9)、热交换器(8)以及采暖终端(13)，最后回到循环水池(10)；
以及第一温度传感器(16)，用以监测环境温度；
以及中央控制器(15)，所述第一温度传感器(16)、控制电扇(7)开关的电磁离合器(14)，以及循环水泵(11)分别与中央控制器(15)电连接。
2.根据权利要求1所述的发动机的余热利用装置，其特征在于：还包括第二温度传感器(17)，所述第二温度传感器(17)设置于发动机(1)的缸体侧，用以监测发动机(1)的温度，所述第二温度传感器(17)与中央控制器(15)电连接。
3.根据权利要求1所述的发动机的余热利用装置，其特征在于：发动机(1)启动时，第一温度传感器(16)监测环境温度，第一温度传感器(16)的监测温度低于28℃时，将信号传送给中央控制器(15)，中央控制器(15)发出指令，电磁离合器(14)分离，同时控制循环水泵(11)得电，此时，风扇(7)关闭，停止对冷却水箱(6)散热，循环水池(10)内的水开始循环，利用热交换器(8)及水冷中冷器(9)换热，开启采暖模式；
第一温度传感器(16)的监测温度高于28℃时，将信号传送给中央控制器(15)，中央控制器(15)发出指令，电磁离合器(14)结合，同时控制循环水泵(11)断电，此时风扇(7)开启，开始对冷却水箱(6)散热，循环水池(10)内的水停止循环，热交换器(8)及水冷中冷器(9)停止换热，开启发动机冷却模式。
4.根据权利要求2所述的发动机的余热利用装置，其特征在于：发动机(1)启动时，第二温度传感器(17)监测发动机(1)的温度，第二温度传感器(17)的监测温度高于90℃时，第二温度传感器(17)将信号传递给中央控制器(15)，中央控制器(15)控制电磁离合器(14)结合，同时控制循环水泵(11)得电，风扇(7)对冷却水箱(6)降温，循环水池(10)内的水开始循环，热交换器(8)及水冷中冷器(9)换热，开启发动机强制冷却模式；
第二温度传感器(17)的监测温度低于86℃时，第二温度传感器(17)将信号发送给中央控制器(15)，第一温度传感器(16)的监测温度低于28℃时，将信号传送给中央控制器(15)，中央控制器(15)发出指令，电磁离合器(14)分离，同时控制循环水泵(11)得电，此时，风扇(7)关闭，停止对冷却水箱(6)散热，循环水池(10)内的水开始循环，利用热交换器(8)及水冷中冷器(9)换热，开启采暖模式；
第二温度传感器(17)的监测温度低于86℃时，第二温度传感器(17)将信号发送给中央控制器(15)，第一温度传感器(16)的监测温度低于28℃时，第一温度传感器(16)的监测温度高于28℃时，将信号传送给中央控制器(15)，中央控制器(15)发出指令，电磁离合器(14)结合，同时控制循环水泵(11)断电，此时风扇(7)开启，开始对冷却水箱(6)散热，循环水池(10)内的水停止循环，热交换器(8)及水冷中冷器(9)停止换热，开启发动机冷却模式。
5.根据权利要求1所述的发动机的余热利用装置，其特征在于：所述风扇(7)与发动机(1)的从动轮连接，所述电磁离合器(14)设置于发动机(1)的从动轮与风扇(7)之间。
6.一种发动机，包括如权利要求1至5任一所述的发动机的余热利用装置。
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