CN211737227U - 一种排气余热回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种排气余热回收系统，属于车辆节能技术领域。所述排气余热回收系统包括发动机排气管、水套管、蒸汽管、凝水管、汽轮机，水套管套设在发动机排气管外围，水套管第一端与所述汽轮机之间连通所述蒸汽管，水套管第二端与所述汽轮机之间连通所述凝水管。本实用新型通过回收发动机排气的余热，将热量转化为其他形式的能量为整车系统所用，减小整车功耗，提高发动机综合热效率，并降低了发动机排气管的辐射散热。

Description

一种排气余热回收系统

技术领域

本实用新型涉及车辆节能技术领域，特别涉及一种排气余热回收系统。

背景技术

汽车发动机热效率约为30％，55％左右的热量通过排气散失到环境中，经过测试，排气管表面温度平均温度200℃以上，具备很高的热回收潜力。回收发动机排气废热不仅能提高发动机综合热效率，也能降低发动机排气管的辐射散热，减小对周围零部件的热影响。现有技术采取安装隔热罩、增大排气管与周围部件的距离等被动措施减小发动机排气管的热影响，现有技术没采取有效的措施回收发动机排气散热。

实用新型内容

为了解决现有技术的问题，本实用新型实施例提供了一种排气余热回收系统，通过回收发动机排气的余热，将热量转化为其他形式的能量为整车系统所用，减小整车功耗，提高发动机综合热效率，并降低了发动机排气管的辐射散热。所述技术方案如下：

提供了一种排气余热回收系统，所述系统包括发动机排气管、水套管、蒸汽管、凝水管、汽轮机，水套管套设在发动机排气管外围，水套管第一端与所述汽轮机之间连通所述蒸汽管，水套管第二端与所述汽轮机之间连通所述凝水管。

进一步地，蒸汽管第一端连通水套管第一端，蒸汽管第二端连通汽轮机进气口，所述凝水管一端连通水套管第二端，所述凝水管另一端连通汽轮机出水口。

进一步地，所述蒸汽管上设有泄压阀，和/或，所述凝水管上设有补水口。

进一步地，所述蒸汽管上还设有双通阀，所述双通阀的第一阀口连通所述蒸汽管第一端和所述蒸汽管第二端，所述第二阀口连通所述蒸汽管第一端和蒸汽管第三端，所述蒸汽管第三端连通采暖管道第一端，采暖管道第二端连通所述补水口。

进一步地，所述汽轮机连接发电机，所述发电机连接以下组中的一个或多个：动力电池、压缩机、PTC采暖装置、换热器。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

1、通过发动机排气管、水套管、蒸汽管、凝水管、汽轮机形成一个能量循环系统，将发动机排气管的排气余热能量转化为高压蒸汽能量并驱动汽轮机工作，然后就可以驱动发电机或其他可与汽轮机配合工作的设备，从而为整车系统所用；同时，从汽轮机排出的水又可再次通入水套管往复使用，达到了回收发动机排气余热的目的，将热量转化为其他形式的能量为整车系统所用，减小整车功耗，提高发动机综合热效率；

2、根据不同季节可以设置成不同工作模式：在夏季运行时，过热蒸汽推动汽轮机发电，然后驱动压缩机制冷；冬季运行时，过热蒸汽可以参与乘员舱采暖；也可以参与蒸汽轮机发电，驱动PTC采暖；也可以通过换热器参与电池系统加热，既能满足不同需要，又能充分利用能源；

3、利用发电机总成回收排气余热，转化为电能之后，或者存储在电池中；或者向高压用电设备供电；

4、大幅度降低整车能耗，提高整车续航里程；

5、降低发动机排气管的辐射散热，减小对发动机排气管以及周围零部件的热影响。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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提供的排气余热回收系统结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的排气余热回收系统能量循环示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”等用语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是电连接，也可以是通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型实施例提供的排气余热回收系统，通过发动机排气管、水套管、蒸汽管、凝水管、汽轮机形成一个能量循环系统，将发动机排气管的排气余热能量转化为高压蒸汽能量并驱动汽轮机工作，然后就可以驱动发电机或其他可与汽轮机配合工作的设备，从而为整车系统所用；同时，从汽轮机排出的水又可再次通入水套管往复使用，达到了回收发动机排气余热的目的，将热量转化为其他形式的能量为整车系统所用，减小整车功耗，提高发动机综合热效率，节能效果明显。因此，该排气余热回收系统尤其适用于车辆发动机余热回收利用，当然采用本实用新型上述发明构思实现的所有排气余热回收系统，均在本实用新型权利要求书保护范围之内，即不排除除了车辆发动机应用场景的其他可能应用场景。

下面结合具体实施例及附图，对本实用新型实施例提供的排气余热回收系统作详细说明。

图1是本实用新型实施例提供的排气余热回收系统结构示意图，如图1所示，本实用新型实施例提供的排气余热回收系统包括发动机排气管、水套管、蒸汽管、凝水管、汽轮机，水套管套设在发动机排气管外围，水套管第一端与汽轮机之间连通蒸汽管，水套管第二端与汽轮机之间连通凝水管。

进一步地，蒸汽管第一端连通水套管第一端，蒸汽管第二端连通汽轮机进气口，凝水管一端连通水套管第二端，凝水管另一端连通汽轮机出水口。

进一步地，蒸汽管上设有泄压阀，和/或，凝水管上设有补水口。

进一步地，蒸汽管上还设有双通阀，双通阀的第一阀口连通蒸汽管第一端和蒸汽管第二端，第二阀口连通蒸汽管第一端和蒸汽管第三端，蒸汽管第三端连通采暖管道第一端，采暖管道第二端连通补水口。

进一步地，汽轮机连接发电机，发电机连接以下组中的一个或多个：动力电池、压缩机、PTC采暖装置、换热器。

图2是本实用新型实施例提供的排气余热回收系统能量循环示意图，如图2所示，该能量循环包括以下两个循环：

主循环：首先从发动机排气管排出废气时，套设在发动机排气管外围的水套管里的低温冷却液与高温废气发生热传递，与发动机排气管表面逆流换热，冷却液到达排气管前端时，完全汽化并成为过热蒸汽；然后通过蒸汽管第一端通入蒸汽管，从蒸汽管第二端通入汽轮机，高压蒸汽推动汽轮机工作，紧接着驱动与之连接的发电机发电，产生的电能供应以下组中的一个或多个：动力电池、压缩机、PTC采暖装置、换热器，即，产生的电可以进入动力电池，也可以直接带动压缩机工作，也可以驱动PTC采暖装置工作，还可以通过换热器(如板式换热器)参与电池系统加热，具体运行方案可根据整车设计方案进行选择和变换；另外，蒸汽通过汽轮机之后气流温度和压力降低，又转变为低温冷却液，重新通过凝水管流入水套管循环使用；

辅循环：在蒸汽进入蒸汽管之后，利用其上的双通阀控制，通过蒸汽管第三端将蒸汽通入采暖管道，然后通过供暖设备供暖，供暖之后被冷凝成低温液体，再通过凝水管上的补水口或直接通过采暖管道末端流入水套管循环使用。

在一优选实施例中，根据夏天或冬天不同需要，本实用新型实施例提供的排气余热回收系统可以设置成以下两种工作模式：

夏天模式：在夏天时，低温冷却液先进入发动机排气管末端水套入口，与排气管表面逆流换热，冷却液沸点在110℃左右，排气管前端表面温度高达400℃，冷却液到达排气管前端时，完全汽化并成为过热蒸汽，高压蒸汽推动汽轮机发电，经过汽轮机之后的气流温度和压力降低，成为低温冷却液，重新进入发动机排气管末端水套，汽轮机带动发电机发电，产生的电可以进入动力电池，也可以直接带动压缩机工作，以便制冷；

冬天模式：在冬天时，经过发动机排气管加热的高温蒸汽直接进入供暖设备的暖芯体，加热冷空气进行乘员舱采暖，自身被冷凝成低温液体，重新进入排气管末端水套；这减小了发动机冷启动时间，提高了发动机热效率；如果发动机水温升高到合适的温度时，可采用发动机冷却液加热冷空气进行乘员舱采暖，发动机排气管高温蒸汽进入汽轮机发电，最大限度增加发动机综合热效率。

在另一优选实施例中，夏季运行时，过热蒸汽推动汽轮机发电，然后驱动压缩机制冷；冬季运行时，过热蒸汽可以参与乘员舱采暖；也可以参与蒸汽轮机发电，驱动PTC采暖装置工作；也可以通过板式换热器参与电池系统加热；具体运行方案可根据整车设计方案决定。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本实用新型的可选实施例，在此不再一一赘述。

综上所述，本实用新型实施例提供的排气余热回收系统，相比现有技术，具有以下有益效果：

1、通过发动机排气管、水套管、蒸汽管、凝水管、汽轮机形成一个能量循环系统，将发动机排气管的排气余热能量转化为高压蒸汽能量并驱动汽轮机工作，然后就可以驱动发电机或其他可与汽轮机配合工作的设备，从而为整车系统所用；同时，从汽轮机排出的水又可再次通入水套管往复使用，达到了回收发动机排气余热的目的，将热量转化为其他形式的能量为整车系统所用，减小整车功耗，提高发动机综合热效率；

2、根据不同季节可以设置成不同工作模式：在夏季运行时，过热蒸汽推动汽轮机发电，然后驱动压缩机制冷；冬季运行时，过热蒸汽可以参与乘员舱采暖；也可以参与蒸汽轮机发电，驱动PTC采暖；也可以通过换热器参与电池系统加热，既能满足不同需要，又能充分利用能源；

3、利用发电机总成回收排气余热，转化为电能之后，或者存储在电池中；或者向高压用电设备供电；

4、大幅度降低整车能耗，提高整车续航里程；

5、降低发动机排气管的辐射散热，减小对发动机排气管以及周围零部件的热影响。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种排气余热回收系统，其特征在于，所述系统包括发动机排气管、水套管、蒸汽管、凝水管、汽轮机，水套管套设在发动机排气管外围，水套管第一端与所述汽轮机之间连通所述蒸汽管，水套管第二端与所述汽轮机之间连通所述凝水管。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，蒸汽管第一端连通水套管第一端，蒸汽管第二端连通汽轮机进气口，所述凝水管一端连通水套管第二端，所述凝水管另一端连通汽轮机出水口。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述蒸汽管上设有泄压阀，和/或，所述凝水管上设有补水口。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述蒸汽管上还设有双通阀，所述双通阀的第一阀口连通所述蒸汽管第一端和所述蒸汽管第二端，第二阀口连通所述蒸汽管第一端和蒸汽管第三端，所述蒸汽管第三端连通采暖管道第一端，采暖管道第二端连通所述补水口。

5.根据权利要求1至4任一项所述的系统，其特征在于，所述汽轮机连接发电机，所述发电机连接以下组中的一个或多个：动力电池、压缩机、PTC采暖装置、换热器。

Images