一種汽車尾氣蒸汽渦輪轉化系統的製作方法
2023-06-03 03:39:21
一種汽車尾氣蒸汽渦輪轉化系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種汽車尾氣蒸汽渦輪轉化系統，該系統包括熱水傳送系統、儲能系統、蒸汽傳送系統和安裝在發動機排氣管中的尾氣換熱裝置；熱水傳送系統包括水箱、水泵和熱水輸送管；儲能系統包括渦輪機、發電機和蓄電池；蒸汽傳送系統包括蒸汽輸送管和冷凝器；尾氣換熱裝置的蒸汽出口端設置壓力閥，尾氣換熱裝置通過蒸汽輸送管連接於冷卻水換熱器，冷卻水換熱器同時通過熱水輸送管連接於尾氣換熱裝置，渦輪機設置於冷凝器和尾氣換熱裝置之間的蒸汽輸送管上。本實用新型能夠將汽車發動機排氣系統中尾氣的部分熱量轉化成電能，供汽車再利用，從而提高燃料利用率，達到節約能源和保護環境的目的。
【專利說明】
一種汽車尾氣蒸汽渦輪轉化系統
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於汽車尾氣廢熱利用領域，具體涉及一種汽車尾氣蒸汽渦輪轉化系統。
【背景技術】
[0002]我國已經成為世界第一大汽車產銷國，2012年汽車產銷量雙雙突破了 1900萬輛，據測算，到2020年我國汽車保有量將超過1.5億輛。汽車保有量的快速增加，將導致我國石油供應的嚴重不足，因此如何提高發動機燃料熱量的利用率是節約石油資源、緩解能源壓力、降低有害排放，確保國家能源安全及環境保護的大事。
[0003]以汽油和柴油為燃料的傳統汽車發動機燃燒產生的熱量，僅有30% — 40%被轉換成有用功輸出，剩下的60% — 70%的熱量被冷卻水和尾氣帶走而白白耗散掉。這其中一半的熱量會被尾氣帶走，使得尾氣溫度可高達到600 - 7000C。傳統汽車發動機氣缸燃燒產生的熱量中，相當一部分的熱量是直接隨尾氣排除的，沒有被回收利用。如果這些熱量能夠被部分回收，則可以提高發動機的燃料利用率。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的是提供一種汽車尾氣蒸汽渦輪轉化系統，旨在解決傳統汽車發動機燃燒產生的熱量被尾氣帶走而未被回收利用的問題。
[0005]為實現本實用新型的目的，採用的技術方案如下:
[0006]一種汽車尾氣蒸汽渦輪轉化系統，其特殊之處在於，該系統包括冷卻水換熱器、熱水傳送系統、儲能系統、蒸汽傳送系統和安裝在發動機排氣管中的尾氣換熱裝置；所述熱水傳送系統包括水箱、水泵和熱水輸送管；所述儲能系統包括渦輪機、發電機和蓄電池；所述蒸汽傳送系統包括蒸汽輸送管和冷凝器；尾氣換熱裝置的蒸汽出口端設置壓力閥，尾氣換熱裝置通過蒸汽輸送管連接於冷卻水換熱器，冷卻水換熱器同時通過熱水輸送管連接於尾氣換熱裝置，渦輪機設置於冷凝器和尾氣換熱裝置之間的蒸汽輸送管上。
[0007]進一步，所述系統還包括安裝於發動機冷卻系統中的冷卻水換熱器，冷卻水換熱器設置於冷凝器和水箱之間。
[0008]進一步，所述熱水輸送管的末端設置用於尾氣換熱裝置內蒸汽壓力較高時將液體壓入尾氣換熱裝置中的泵噴嘴。
[0009]本實用新型提供的汽車尾氣蒸汽渦輪轉化系統，能夠將汽車發動機尾氣中的部分熱量轉化成電能，供汽車再利用，從而提高燃料利用率，達到節約能源和保護環境的目的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為汽車尾氣蒸汽渦輪轉化系統結構圖。
【具體實施方式】
[0011]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
[0012]下面結合附圖及具體實施例對本實用新型的應用原理作進一步描述。
[0013]如圖1所示，本實用新型實施例提供了一種汽車尾氣蒸汽渦輪轉化系統，該汽車尾氣蒸汽渦輪轉化系統包括:設置於發動機冷卻系統中的冷卻水換熱器、熱水傳送系統、儲能系統、蒸汽傳送系統和安裝在發動機排氣管中的尾氣換熱裝置；熱水傳送系統包括水箱、水泵和熱水輸送管；儲能系統包括渦輪機、發電機和蓄電池；蒸汽傳送系統包括蒸汽輸送管和冷凝器；尾氣換熱裝置的蒸汽出口端設置壓力閥，尾氣換熱裝置通過蒸汽輸送管連接於冷卻水換熱器，冷卻水換熱器同時通過熱水輸送管連接於尾氣換熱裝置，渦輪機設置於冷凝器和尾氣換熱裝置之間的蒸汽輸送管上。
[0014]該系統還包括安裝於發動機冷卻系統中的冷卻水換熱器，冷卻水換熱器設置於冷凝器和水箱之間。
[0015]熱水輸送管的末端設置用於尾氣換熱裝置內蒸汽壓力較高時將液體壓入尾氣換熱裝置中的泵噴嘴。
[0016]本實用新型的汽車尾氣蒸汽渦輪轉化系統主要是利用汽車冷卻系統中冷卻水和尾氣的熱量加熱系統液體工質，使其變成蒸汽後推動渦輪轉動，將熱能轉化為可以利用的機械能，渦輪帶動發電機轉動將機械能轉化為電能，實現熱量回收，從而提高燃料利用率。該轉化系統充分利用發動機冷卻系統攜帶的熱量，使用冷卻水換熱器加熱系統中的液體，實現冷卻水熱量的回收再利用；該轉化系統充分利用發動機尾氣攜帶的熱量，使用尾氣換熱裝置加熱系統中的熱液體，使其加熱成蒸汽，實現尾氣熱量的回收再利用。
[0017]本實用新型中的尾氣換熱裝置是利用發動機尾氣熱量將熱液體變為蒸汽，安裝在發動機排氣管中，布置在催化器和波紋管之後、消聲器之前的位置，尾氣換熱裝置在不影響發動機催化轉化效率，特別是低溫冷啟動時的催化器轉化效率的條件下，減少發動機振動激勵的影響，並儘可能的利用尾氣熱量。尾氣換熱裝置蒸汽出口端布置壓力閥，一方面使產生的蒸汽壓力穩定，有利於渦輪機的穩定運轉；另一方面起安全控制作用，防止尾氣換熱裝置內蒸汽壓力過高而破壞設備。
[0018]渦輪機是將蒸汽熱能轉化為機械能的裝置。蒸汽輸送管中的蒸汽推動渦輪葉片旋轉，潤輪機主軸通過皮帶傳動帶動發電機旋轉，從而產生電能，存儲到蓄電池中。在混合動力汽車中，蓄電池中的電能可讓電動機運轉並驅動車輛。
[0019]冷凝器是採用風冷方式將經過渦輪機做功後的蒸汽冷卻成液體。使渦輪機出口端壓力下降，有利於蒸汽做功。
[0020]冷卻水換熱器設置於發動機冷卻系統中，用於吸收冷卻系統中的熱量並穩定輸入尾氣換熱裝置的熱水溫度。冷卻水換熱器利用發動機冷卻系統攜帶的熱量將本實用新型的汽車尾氣蒸汽渦輪轉化系統中的液體加熱，實現冷卻液熱量的回收再利用，冷卻水換熱器中加熱後的熱液體進入本轉化系統的水箱中。冷卻水換熱器一方面在冷凝器效率不夠時，繼續將蒸汽冷卻成液體，另一方面充分利用發動機冷卻水的熱量，使冷凝後的液體溫度穩定在一定高溫下，減少尾氣換熱裝置加熱時間。發動機冷卻水離開缸體時的溫度通常可達到90-95°C，可使尾氣換熱裝置中液體快速被加熱成蒸汽。從冷卻水換熱器出來的熱液體進入水箱，使殘餘蒸汽和液體分離，減少液體在管道傳輸產生氣阻的可能性，並有利於水泵將液體壓入尾氣換熱裝置中，實現汽車尾氣蒸汽渦輪轉化系統內液體流動的再循環。如果尾氣換熱裝置內蒸汽壓力比較高，則可以採用泵噴嘴的方式將液體壓入尾氣換熱裝置中。
[0021]本實用新型的汽車尾氣蒸汽渦輪轉化系統的工作過程:
[0022]在汽車發動機正常運行一段時間後，冷卻水開啟大循環，發動機冷卻系統中冷卻水的熱量通過冷卻水換熱器加熱本系統中的液體，因此本系統吸收了汽車發動機冷卻系統中的一部分熱量。從冷卻水換熱器出來的熱液體進入水箱，水泵將水箱中的熱液體輸送到發動機排氣管上的尾氣換熱裝置中，尾氣換熱裝置吸收尾氣的熱量將熱液體變為蒸汽；當尾氣換熱裝置內的蒸汽壓力達到壓力閥限定的開啟壓力後，進入渦輪機推動渦輪葉片旋轉，帶動發電機旋轉，從而產生電能儲存到蓄電池中；做功後的蒸汽進入冷凝器冷卻成液體，後進入冷卻水換熱器繼續冷卻或加熱，然後流入小水箱，在水泵的作用下實現再循環。本系統中的液體可以是水，也可以是發動機冷卻液(水和乙二醇的混合液)。
[0023]以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種汽車尾氣蒸汽渦輪轉化系統，其特徵在於，該系統包括熱水傳送系統、儲能系統、蒸汽傳送系統和安裝在發動機排氣管中的尾氣換熱裝置；所述熱水傳送系統包括水箱、水泵和熱水輸送管；所述儲能系統包括渦輪機、發電機和蓄電池；所述蒸汽傳送系統包括蒸汽輸送管和冷凝器；尾氣換熱裝置的蒸汽出口端設置壓力閥，尾氣換熱裝置通過蒸汽輸送管連接於冷卻水換熱器，冷卻水換熱器同時通過熱水輸送管連接於尾氣換熱裝置，渦輪機設置於冷凝器和尾氣換熱裝置之間的蒸汽輸送管上。
2.根據權利要求1所述的一種汽車尾氣蒸汽渦輪轉化系統，其特徵在於，所述系統還包括安裝於發動機冷卻系統中的冷卻水換熱器，冷卻水換熱器設置於冷凝器和水箱之間。
3.根據權利要求1或2所述的一種汽車尾氣蒸汽渦輪轉化系統，其特徵在於，所述熱水輸送管的末端設置用於尾氣換熱裝置內蒸汽壓力較高時將液體壓入尾氣換熱裝置中的泵噴嘴。
【文檔編號】F01N5/02GK204113407SQ201420486201
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年8月27日 優先權日:2014年8月27日
【發明者】劉志恩, 黃博文, 夏婉揚, 戴胡偉, 焦柯柯, 郭彩禕, 朱文昌, 張有財, 郭晶晶 申請人:武漢理工大學, 郭晶晶