CN206299524U - 一种车用余热回收的热力循环系统 - Google Patents

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彭斌
李要红
赵生显
孙健
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Abstract

一种车用余热回收的热力循环系统，工质泵（7）的进口端与膨胀机（13）的出口端串联连接，工质泵（7）的出口端则与换热器（8）高温侧进口端串联，换热器（8）高温侧的出口端与热交换器（5）低温侧的进口端串联，热交换器（5）低温侧的出口端与润滑油热交换器（6）低温侧的进口端串联连接，润滑油热交换器（6）低温侧的出口端与尾气换热器（1）低温侧的进口端串联，尾气换热器（1）低温侧的出口端与膨胀机的进口串联，润滑油热交换器（6）高温侧与润滑油循环泵（4）串联，尾气换热器（1）的高温侧接入发动机（2）尾气；热交换器（5）的高温侧与泵（3）串联，泵（3）与板式太阳能集热器（19）串联。

Description

一种车用余热回收的热力循环系统
技术领域
本实用新型涉及余热回收技术领域，具体涉及车用余热回收技术。
背景技术
随着不可再生资源的日益短缺，太阳能、地热能、发动机余热、工业余热等热能的再度回收利用技术以及新能源的开发利用技术已成为当今世界各国研究的重要课题之一。对于汽车而言，其发动机常采用内燃机作为汽车的直接动力来源，将燃油的化学能转化为汽车的动能，提高对燃油的充分利用率，可大大改善汽车发动机性能。据相关研究表明，汽车发动机燃油混合气能量的利用率仅仅只有三分之一左右，剩余的热量大多以冷却水和尾气的形式直接排放到大气当中，这部分能量理论上是能够再度利用的。将这部分能量得到回收利用，一方面可以提高发动机的总体效率，节省能源的消耗，另一方面降低了发动机做功时的散热耗能，改善了环境质量，减缓全球气温变暖的趋势。
我国大部分地区处于日照时间相对较长的区域，因此，太阳能做为新能源之一，对其充分的回收利用，将有效的节约不可再生能源的使用，对于大型长途客车而言，其车顶大面积的空置，或者用作行李架，浪费空间，若能在不过分增加车重的条件下，将这部分空置的空间用于回收太阳能，用作汽车空调、仪表等装置的供电，不仅可以提高发电机的效率，也可节省能源的消耗。
就目前而言，对大型客车车顶空间的利用较少，只是对发动机的余热进行再度利用。传统的方法主要有三种：利用发动机余热进行温差发电、利用发动机余热取暖或进行吸收式制冷、利用发动机余热做功。而且利用排气温差发电能量转换效率很低。实验中，实际热电转换效率约为2%左右，而同类装置的转换效率最高只有10%左右；只能在发动机工作的情况下才能用作取暖。在整个发动机余热回收系统中，朗肯循环系统一般是采用水作为工质，由于水的沸点较高，不容易挥发，这使得发动机余热回收的效率比较低。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种车用余热回收的热力循环系统。
本实用新型是一种车用余热回收的热力循环系统，有一冷却水换热器10；工质泵7的进口端与第一膨胀机13的出口端串联连接，工质泵7的出口端则与换热器8高温侧进口端串联，换热器8高温侧的出口端与热交换器5低温侧的进口端串联，热交换器5低温侧的出口端与润滑油热交换器6低温侧的进口端串联连接，润滑油热交换器6低温侧的出口端与尾气换热器1低温侧的进口端串联，尾气换热器1低温侧的出口端与膨胀机的进口串联，润滑油热交换器6高温侧与润滑油循环泵4串联，尾气换热器1的高温侧接入发动机2尾气；热交换器5的高温侧与第一泵3串联，第一泵3与板式太阳能集热器19串联。
本发明有益之处是：采用有机朗肯循环系统和卡琳娜循环耦合的方式来回收大型车辆车顶太阳能、发动机尾气余热、润滑油和发动机冷却水余热。提高了发动机的机械效率，节省不可再生能源的使用。另外，上述技术方案还通过换热实现较高温有机朗肯循环与低温卡琳娜循环之间的热交换，将较高温有机朗肯循环做功后工质气体的热量传递给低温卡琳娜循环从而实现循环工质的预热，进一步提高了余热回收效率。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图，附图标记及对应名称为：尾气换热器1，发动机2，第一泵3，润滑油循环泵4，热交换器5，润滑油热交换器6，工质泵7，换热器8，冷却水循环泵9，冷却水换热器10，回热器11，发电机12，第一膨胀机13，分离器14，第二膨胀机15，节流阀16，低压冷凝器17，第二泵18，板式太阳能集热器19。
具体实施方式
本实用新型是一种车用余热回收的热力循环系统，如图1所示，有一冷却水换热器10，工质泵7的进口端与第一膨胀机13的出口端串联连接，工质泵7的出口端则与换热器8高温侧进口端串联，换热器8高温侧的出口端与热交换器5低温侧的进口端串联，热交换器5低温侧的出口端与润滑油热交换器6低温侧的进口端串联连接，润滑油热交换器6低温侧的出口端与尾气换热器1低温侧的进口端串联，尾气换热器1低温侧的出口端与膨胀机的进口串联，润滑油热交换器6高温侧与润滑油循环泵4串联，尾气换热器1的高温侧接入发动机2尾气；热交换器5的高温侧与第一泵3串联，第一泵3与板式太阳能集热器19串联。
如图1所示，用于回收发动机冷却水的卡琳娜循环中，冷却水换热器10低温侧的进口端与回热器11低温侧的进口端并联，并联后进口端与换热器8低温侧的出口端串联，并联后出口端与分离器14的进口串联，分离器14的一端出口与第二膨胀机15的进口串联，分离器14的另一端出口与回热器11的高温侧进口端串联，低压冷凝器17的高温侧出口端连接节流阀16的进口，第二膨胀机15的出口与节流阀16的出口并联，并联之后与低压冷凝器17高温侧的进口串联，低压冷凝器17高温侧的出口与第二泵18进口串联，第二泵18的出口与换热器8低温侧的进口端相串联，冷却水换热器10高温侧与冷却水循环泵9相串联。
根据以上所述的一种车用余热回收的热力循环系统，用于回收发动机冷却水的卡琳娜循环采用氨含量大于90%的富氨蒸汽。
根据以上所述的一种车用余热回收的热力循环系统，用于回收发动机尾气余热、润滑油余热和车顶太阳能的较高温有机朗肯循环系统采用有机物作为循环的工作介质。采用氨水作为低温卡琳娜循环的工质主要是考虑到氨水临界温度较低的特点。较高温有机朗肯循环系统循环系统与回收太阳能系统的热交换通过热交换器5实现耦合，有机朗肯循环与低温卡琳娜循环之间的热交换通过换热器8实现耦合。
本实用新型具体工作过程如下：
通过车顶板式太阳能集热器20收集太阳能热量，较高温有机朗肯循环中的工质首先在热交换器5中与收集的太阳能热量发生热量交换，有机朗肯循环中的工质对有机朗肯循环中的工质进行预热处理，预热后的工质进入润滑油热交换器6中与高温润滑油发生热量交换，对润滑油进行冷却，之后工质进入安装在汽油机排气管上的尾气换热器1，这是有机朗肯循环工质的主要热交换器，在尾气换热器1中与发动机排出的尾气余热进行热量交换，使工质充分吸热成高温高压的蒸汽，进入第一膨胀机13，带动膨胀机对外做功，做功之后的工质经泵7进入换热器8中，在换热器中8向低温卡琳娜循环放热，同时较高温有机朗肯循环工质冷凝成为饱和液后进入热交换器5中，完成朗肯循环部分。
低温卡琳娜循环中，其工质为氨含量为85%左右的氨水溶液，工质首先通过换热器8，在换热器8中吸收有机朗肯循环工质蒸汽的热量，进行预热。预热后的循环工质分为氨含量不变的两部分，一部分进入冷却水换热器10，在冷却水换热器10中吸收冷却水的热量另一部分工质进入回热器11与从分离器14中分离出来的一股氨含量为45%左右的工质流送至第一回热器11与在换热器8中完成预热的一部分工质进行热交换，一股氨含量大于90%的工质流送至膨胀机对外做功，做功之后的蒸汽与从回热器11流出的一股氨含量为85%左右的工质混合，重新成为氨含量为85%左右的氨水溶液，之后送至低压冷凝器17，在低压冷凝器17中冷凝之后进入第二泵18，完成低温卡琳娜循环部分。
其中，冷却水循环、润滑油循环以及太阳能回收循环分别通过冷却水循环泵9、润滑油循环泵4和第一泵3完成。

Claims (4)

1.一种车用余热回收的热力循环系统，有一冷却水换热器（10），其特征在于：工质泵（7）的进口端与第一膨胀机（13）的出口端串联连接，工质泵（7）的出口端则与换热器（8）高温侧进口端串联，换热器（8）高温侧的出口端与热交换器（5）低温侧的进口端串联，热交换器（5）低温侧的出口端与润滑油热交换器（6）低温侧的进口端串联连接，润滑油热交换器（6）低温侧的出口端与尾气换热器（1）低温侧的进口端串联，尾气换热器（1）低温侧的出口端与膨胀机的进口串联，润滑油热交换器（6）高温侧与润滑油循环泵（4）串联，尾气换热器（1）的高温侧接入发动机（2）尾气；热交换器（5）的高温侧与第一泵（3）串联，第一泵（3）与板式太阳能集热器（19）串联。
2.根据权利要求1所述车用余热回收的热力循环系统，其特征在于：用于回收发动机冷却水的卡琳娜循环中，冷却水换热器（10）低温侧的进口端与回热器（11）低温侧的进口端并联，并联后进口端与换热器（8）低温侧的出口端串联，并联后出口端与分离器（14）的进口串联，分离器（14）的一端出口与第二膨胀机（15）的进口串联，分离器（14）的另一端出口与回热器（11）的高温侧进口端串联，低压冷凝器（17）的高温侧出口端连接节流阀（16）的进口，第二膨胀机（15）的出口与节流阀（16）的出口并联，并联之后与低压冷凝器（17）高温侧的进口串联，低压冷凝器（17）高温侧的出口与第二泵（18）进口串联，第二泵（18）的出口与换热器（8）低温侧的进口端相串联，冷却水换热器（10）高温侧与冷却水循环泵（9）相串联。
3.根据权利要求1所述车用余热回收的热力循环系统，其特征在于：用于回收发动机冷却水的卡琳娜循环采用氨含量大于90%的富氨蒸汽。
4.根据权利要求1所述车用余热回收的热力循环系统，其特征在于：用于回收发动机尾气余热、润滑油余热和车顶太阳能的较高温有机朗肯循环系统采用有机物作为循环的工作介质。
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