發動機餘熱回收式車載空調系統的製作方法

2023-12-02 14:25:51 3

本發明涉及空調系統技術領域，特別是一種發動機餘熱回收式車載空調系統。

背景技術：

汽車發動機的實用效率一般為35％～40％,未被利用的燃料發熱量一部分被冷卻液帶走,一部分被汽車尾氣帶走並通過汽車尾氣排放裝置排放到大氣中。這表示高達70％的有效能源沒有被有效利用。因此回收和利用這部分餘熱來驅動汽車空調系統，是一種很有效的節能方案。

現有汽車空調系統一般採用單級蒸汽壓縮式製冷循環。它是由汽車的主發動機來驅動壓縮機，壓縮機消耗主發動機部分動力，會影響車輛的加速性能，且空調裝置的冷量會隨車速的變化而變化，汽車空調系統將會增加汽車燃油量10％-20％。汽車空調採暖系統一般採用水暖式。它是以發動機的冷卻液為熱源，通過熱交換器，把送風機送來的車外的冷空氣或車內空氣與發動機冷卻液進行熱交換，提高車內溫度，而汽車採暖系統受發動機運行限制較大。

目前新型發動機餘熱回收系統的原理為將熱能轉化為電能，而通常熱電轉化率只有12％，未能實現熱能的有效回收利用，如果能將這些熱能全部收集起來，直接使用，將更好的實現節能環保。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種發動機餘熱回收式車載空調系統，解決了現有發動機餘熱的能量熱電轉化率低而造成的資源浪費以及車載空調耗油量大等缺陷。

為實現上述目的，本發明採用的技術方案具體為：

本發明提供的發動機餘熱回收式車載空調系統，包括車載式空調系統和安裝在發動機上的餘熱回收儲存罐，其中，所述餘熱回收儲存罐將發動機上的餘熱進行收集，並將收集到的熱量提供給車載式空調系統。

優選地，所述餘熱回收儲存罐設置在發動機中的冷卻液循環系統上，構成冷卻液的熱量回收系統，用於與冷卻液進行熱交換，將冷卻液中的熱量進行儲存。

優選地，所述冷卻液的熱量回收系統包括發動機內的循環冷卻液傳熱出口，該傳熱出口依次與冷卻液儲液罐、冷卻液閥、餘熱回收儲存罐、冷卻液泵和發動機內的循環冷卻液傳熱入口連接，組成熱量回收循環迴路。

優選地，所述餘熱回收儲存罐還與發動機上設置的廢氣排氣管連接，用於與廢氣進行熱交換，將廢氣中的熱量進行儲存。

優選地，所述廢氣排氣管的一端穿過餘熱回收儲存罐，並置於餘熱回收儲存罐外。

優選地，所述車載空調系統包括空調的製冷迴路和空調的制熱迴路，其中，所述空調的製冷迴路和制熱迴路中所需的熱源均由余熱回收儲存罐提供。

優選地，所述餘熱回收儲存罐依次與熱水儲水罐、冷風閥、吸收式製冷空調器和熱水泵連接，組成空調的製冷循環迴路。

優選地，所述餘熱回收儲存罐還依次與熱水儲水罐、暖風閥、第一散熱器和熱水泵連接，組成空調的制熱循環迴路。

優選地，所述發動機上還設置有發動機散熱系統，當餘熱回收儲存罐儲存的熱量達到飽和，用以將發動機循環冷卻液中未被儲存的熱量散出。

優選地，所述餘熱回收儲存罐為氫氧化鋇鋼製儲存罐。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明提供的發動機餘熱回收式車載空調系統，首先是通過安裝在發動機上的餘熱回收儲存罐將發動機產生的餘熱進行收集儲存，並將儲存的餘熱用於車載空調中，使得在冬季制熱或夏季製冷時，發動機不工作同樣可以實現採暖或製冷，同時儲存的熱量還可用於冬季起車時的預熱，無需耗油，更加節能。與目前新型發動機餘熱回收系統相比，本發明將熱能直接儲存起來，而不是將熱能轉化為電能，實現了熱能的充分回收，節能環保。

進一步的，餘熱回收儲存罐將發動機冷卻液所攜帶的熱量與汽車燃料燃燒產生尾氣的熱量儲存起來，有效的回收了發動機餘熱，降低汽車尾氣排放溫度，減少城市熱汙染，保護環境。

進一步的，空調的製冷系統中，採用的是只需要消耗熱量的吸收式製冷空調器，使汽車製冷時無需耗油，同時不會對環境產生汙染，更加節能環保。

進一步的，餘熱回收儲存罐採用的氫氧化鋇鋼製儲存罐儲熱性能好，安全無毒。

附圖說明

圖1是餘熱回收式車載空調系統結構示意圖；

圖2是溴化鋰吸收式空調系統結構示意圖；

圖3是氫氧化鋇鋼製儲存罐布管走向圖；

圖4是氫氧化鋇鋼製儲存罐尾氣走向圖；

其中，1、發動機 2、氫氧化鋇鋼製儲存罐 3、廢氣排氣管 4、冷卻液儲液罐 5、冷卻液閥 6、熱水儲水罐 7、冷風閥 8、吸收式製冷空調器 9、熱水泵 10、暖風閥 11、第一散熱器 12、冷卻液泵 13、散熱閥 14、第二散熱器 15、發動機冷卻液管道 16、空調用熱水管道 801、發生器 802、冷凝器 803、蒸發器 804、吸收器 805、溶液泵 806、熱交換器。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明：

如圖1所示，本發明提供的發動機餘熱回收式車載空調系統包括發動機餘熱回收系統、發動機的散熱系統和汽車空調採暖系統。其中，所述發動機的散熱迴路包括發動機1的內循環冷卻液傳熱出口，該傳熱出口依次與散熱閥13、第二散熱器14、冷卻液泵12、發動機1的內循環冷卻液傳熱入口連接，組成散熱循環迴路。

所述發動機餘熱回收回路包括發動機1的內循環冷卻液傳熱出口，該傳熱出口依次與冷卻液儲液罐4、冷卻液閥5、氫氧化鋇鋼製儲存罐2、冷卻液泵12和發動機1的內循環冷卻液傳熱入口連接，組成熱量回收循環迴路，其中，氫氧化鋇鋼製儲存罐2還與發動機廢氣排氣管3相連。

所述氫氧化鋇鋼製儲存罐2向車載空調系統提供熱源，其中，所述氫氧化鋇鋼製儲存罐2依次與熱水儲水罐6、冷風閥7、吸收式製冷空調器8和熱水泵9連接，組成空調的製冷循環迴路；

所述氫氧化鋇鋼製儲存罐2還通過熱水儲水罐6依次與暖風閥10、第一散熱器11和熱水泵9連接，組成空調的制熱循環迴路。

進一步的，所述吸收式製冷空調器採用的是溴化鋰吸收式製冷空調器。

進一步的，所述氫氧化鋇鋼製儲存罐2內設置有發動機冷卻液管道15、空調用熱水管道16和廢氣排氣管3。其中，所述發動機冷卻液管道15、空調用熱水管道16和廢氣排氣管3均為S型管道，且三者互相平行放置。

發動機餘熱回收式車載空調系統的原理如下：

採用氫氧化鋇儲熱密度高、導熱係數較大,而且來源豐富、價格便宜，且單位體積相變儲熱能力(582J/cm3)幾乎是目前水合鹽儲熱材料中最高的,其相變溫度基本在78℃左右徘徊,變化很小，而發動機工作溫度在80℃-90℃，可以很好地利用其儲熱性能將汽車發動機餘熱儲存起來。

同時真空鋼製保溫瓶可以穩定的儲存氫氧化鋇，其保溫性好。汽車發動機燃料發熱量的25％左右被冷卻液帶走,35％-45％被尾氣帶走,汽車尾氣及冷卻液所攜帶的熱量相當可觀，因此本發明利用氫氧化鋇將高溫汽車尾氣及冷卻液所攜帶的熱量儲存起來。

吸收式製冷空調器以熱能為驅動能源，因此汽車製冷時可直接消耗氫氧化鋇中儲存的熱量進行製冷。冬季採暖時，則利用熱水提取氫氧化鋇中儲存的熱量與車內空氣換熱，進行採暖。冬季環境溫度較低，發動機不易啟動，因此可利用氫氧化鋇中的熱量對發動機進行預熱。

發動機餘熱回收式車載空調系統的工作過程如下：

當汽車開始運行，發動機開始工作時將產生大量的熱量，一部分熱量由發動機的循環冷卻液所攜帶，使得發動機循環冷卻液溫度升高，溫度較高的循環冷卻液在循環過程中將熱量存儲在氫氧化鋇鋼製儲存罐2內；

發動機工作時的另一部分熱量以高溫汽車尾氣的形式產生，廢氣排氣管3通過與鋼製儲存罐內的氫氧化鋇進行換熱，將尾氣的熱量存儲起來，換熱後溫度降低的尾氣排入大氣中。

當氫氧化鋇鋼製儲存罐2儲存的熱量達到飽和後，開啟散熱閥13，啟動第二散熱器14將發動機1循環冷卻液的未被儲存的多餘熱量散出，降低發動機的溫度，保證汽車的行駛安全。

當夏季製冷時，關閉暖風閥10切換空調冷風閥7，開始汽車製冷循環。吸收式製冷空調器8的發生器801內所需要的熱能通過空調用熱水管道16將熱水儲水罐6中的低溫熱水與氫氧化鋇鋼製儲存罐2進行熱交換，將儲存罐中儲存的熱量提取出來，對發生器801內的稀溶液進行加熱，使之沸騰，產生冷劑蒸汽後變為濃溶液，而冷劑蒸汽進入冷凝器802，在冷凝器802內被冷卻成冷劑水，經節流後進入蒸發器803。吸收器804出來的稀溶液由溶液泵805升壓後，經溶液熱交換器806與發生器801出來的高溫濃溶液進行換熱升溫後進入發生器801。由發生器801出來的濃溶液經溶液熱交換器806放熱溫度降低後進入吸收器804，與吸收器804中的稀溶液相混合，吸收來自蒸發器803的低壓冷劑蒸汽變為稀溶液，使蒸發器803中的低壓得以維持，從而達到連續製冷的目的。

當冬季制熱時，關閉空調冷風閥7切換到暖風閥10，汽車開始採暖循環。空調用熱水管道16將熱水儲水罐6中的低溫熱水與氫氧化鋇鋼製儲存罐2進行熱交換，將儲存罐中儲存的熱量提取出來，使空調用熱水管道16中的水溫度升高，熱水流經暖風閥10，進入第一散熱器11中，把送風機送來的車外的冷空氣或車內空氣與空調用熱水管道16中的熱水進行熱交換，使得車內溫度升高。

冬季汽車發動機點火前，打開冷卻液泵12，經氫氧化鋇加熱的冷卻液對發動機進行預熱，有效地解決了冬季發動機點火困難的問題。

其中，所述的熱水泵9的作用為提供熱水循環所需要的動力；所述的冷卻液泵12的作用為提供冷卻液循環所需要的動力；所述的冷卻液儲液罐4的作用為儲存冷卻液；所述的熱水儲水罐6的作用為儲存熱水。

本發明有效的回收了汽車發動機高溫尾氣及發動機循環冷卻液冷卻發動機時所攜帶的熱量，並將其存儲在儲熱穩定性良好的氫氧化鋇鋼製儲存罐中，直接將熱能存儲，而沒有進行熱電轉化，能量利用率極高，並採用只需要消耗熱量的吸收式製冷空調器，使汽車製冷時無需耗油，更加節能環保。由於熱量的有效儲存，汽車在製冷或者採暖時可以連續的提取熱量，與汽車發動機的運行情況互不影響，使得汽車採暖空調的運行更加穩定、連續，同時解決了冬季發動機點火困難的問題。