CN103291492A - 汽车冷却水及机油的余热回收利用装置 - Google Patents

汽车冷却水及机油的余热回收利用装置 Download PDF

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Abstract

汽车冷却水及机油的余热回收利用装置属于余热回收技术领域，回收汽车冷却水、机油的余热用于汽车低温启动；具有内装相变蓄热材料(3)的蓄热兼换热器(1)，其内还有相互独立的换热单元以不同导热工质、不同的循环管路对外传输热量并循环，用于加热目的物，其中冷却水、机油均能独立地通过其相应的循环管路向蓄热兼换热器(1)内传输余热，供回收并储存热量于相变蓄热材料(3)中，所储热量又能以导热工质通过循环管路传出用于加热目的物；能解决汽车低温启动，并能极大的减轻发动机在低温启动中产生的磨损；能有效回收利用汽车冷却水及机油的余热，节能环保，结构简单易实施，安装应用方便，成本低，不影响原车设计，标准化生产、便于产业化，适用于多种机动车。

Description

汽车冷却水及机油的余热回收利用装置
技术领域
本发明属于余热回收利用技术领域，涉及汽车冷却水及机油的余热回收利用装置。
背景技术
汽车运行中，冷却水用于降低发动机的机体温度，冷却水温升后，再去水箱(即水冷却器)降温，机油在起润滑作用的同时也起降低发动机的体温作用，机油温升后去机油冷却器降温，因此冷却水、机油均有所谓余热发生，这种余热从根本上说来源于燃油消耗，而且总量巨大；鉴于汽车运行的特殊、特定性，导致所述余热的不连续、不稳定、不确定性，使得对所述余热能否及如何回收、利用显得茫然，并且至今也并未见有相关技术面世。
发明内容
解决的技术问题：
针对汽车冷却水、机油的余热的属性，采用回收、蓄热、换热利用相结合，主要用于汽车的低温启动，回收并储存的余热能预热冷却水和机油，并能被先行泵入发动机的机体，用以提高其温度，被预热后的机油还能先行泵入发动机的主油道并进入各磨擦副，从而能极大的减轻发动机低温启动时的磨损，所述回收的余热还能用于预热燃油、空气及加热生活用水；能克服现有电加热中解决汽车低温启动中存在的不足，如：耗电、仅能预热燃油，尤其是燃油管路***加热易出故障等，既节能又环保，结构简单、易实施，安装使用方便，成本低，使用寿命长，不影响原车设计。
采用的技术方案：
汽车冷却水及机油的余热回收利用装置，包括具有外保温的蓄热兼换热器，相应的导热工质的热量传输、循环管路及调控***，其特征在于：蓄热兼换热器的具体结构为，具有壳体，其内充满用于储存热量并对外供热的相变蓄热材料，并装有带联锁机构的感温器，其内还装有相互独立的换热单元，各换热单元分别有接在壳体上的进口、出口，各换热单元内的导热工质能分别通过其相应的进口、出口和相应的独立循环管路，在相应的换热单元内循环，并能通过循环管路向蓄热兼换热器内传输热量，供回收并储存热量于相变蓄热材料中，或者向蓄热兼换热器外传输热量，将相变蓄热材料中储存的热量用于对外加热目的物；
冷却水、机油分别作为导热工质循环于其相应的并与发动机关联在一起的独立循环管路中，并且能分别向蓄热兼换热器内传输余热，供回收并储存热量于相变蓄热材料中，也能分别将相变蓄热材料中储存的热量对外传输，用于加热目的物；
还有用于其他加热目的物加热用的相应的导热工质、换热单元和相应的独立循环管路。
有益效果
本发明，能将汽车运行中的冷却水和机油作为导热工质，分别通过其相互独立的循环管路回收其余热，并将热量储存在相变蓄热材料中，还能将储存在相变蓄热材料中的热量对外传输加热目的物；也能通过相应独立的换热单元及相应的独立循环管路预热燃油、空气及生活用水；完全能替代电加热解决机动车低温启动的问题，能将被预热的机油、冷却水先行泵入发动机的机体，不仅能提高发动机机体的温度，还能将被预热后的机油预先泵入发动机的主油道并进入各磨擦副，并建立起油压，能极大的减轻机动车发动机在低温启动中所产生的磨损，从而延长发动机的使用寿命；能有效回收利用冷却水及机油的余热，节能环保，结构简单、易实施，安装应用方便，成本低、使用寿命长，不影响原车设计，并且便于标准化、产业化生产；适用于多种机动车，前景可观。
附图说明
图1、总体结构示意图；
图2、蓄热兼换热器1中的换热单元结构示意图。
具体实施方式
结合附图进一步详加说明；图中箭头示为流体介质流动的方向；
如图1所示，汽车冷却水及机油的余热回收利用装置，包括具有外保温的蓄热兼换热器1，相应的导热工质的热量传输、循环管路及调控***，其特征在于：蓄热兼换热器1的具体结构为，具有壳体2，其内充满用于储存热量并对外供热的相变蓄热材料3，并装有带联锁机构的感温器5，其内还装有相互独立的换热单元，各换热单元分别有接在壳体2上的进口、出口，各换热单元内的导热工质能分别通过其相应的进口、出口和相应的独立循环管路，在相应的换热单元内循环，并能通过循环管路向蓄热兼换热器1内传输热量，供回收并储存热量于相变蓄热材料3中，或者向蓄热兼换热器1外传输热量，将相变蓄热材料3中储存的热量用于对外加热目的物；
冷却水、机油分别作为导热工质循环于其相应的独立循环管路中，并且能分别向蓄热兼换热器1内传输余热，供回收并储存热量于相变蓄热材料3中，也能分别将相变蓄热材料3中储存的热量对外传输，用于加热目的物；
还有用于其他加热目的物加热用的相应的导热工质、换热单元和相应的独立循环管路。
蓄热兼换热器1中还装有备用热源电加热器4，壳机2上还装有备用接口6。
如图1所示，所述蓄热兼换热器1中，冷却水作为导热工质在相应的换热单元内循环时的相应的并与发动机关联在一起的独立循环管路的结构为，所述壳体2内冷却水用的第一换热单元7的水进口通过第二电磁阀13接至发动机的节温器处冷却水出口11，第一换热单元7的水出口通过第一电磁阀12接第一两位三通阀14，第一两位三通阀14的一位通过第一单向阀15接发动机的水泵进水口上的第一三通16，此路循环称为冷却水的大循环；第一两位三通阀14的另一位先后通过水泵17、第二单向阀18接与发动机体内的水冷通道连通的预留口19，此路循环称为冷却水的小循环；冷却水的大循环是从发动机的原水循环***中抽出部分热水，不经水冷却器而直接去第一换热单元7进行余热回收并热量储存之后，直接回发动机的水泵进口进入发动机，专用于机动车正常运行的情况下回收并储存冷却水的余热，冷却水的小循环能将经第一换热单元7预热后的冷却水直接泵入发动机，以提高发动机机体的整体温度，利于低温启动发动机；
机油作为导热工质在相应换热单元内循环时的相应的并与发动机关联在一起的独立循环管路的结构为，所述壳体2内机油用的第二换热单元8的机油进口先后通过第三电磁阀35、第一齿轮泵26接发动机的机油底壳中的带滤网组件的第三油口接头27，第二换热单元8的机油出口通过第四电磁阀36接第二两位三通阀20，第二两位三通阀20的一位先后通过机油滤清器21、第三单向阀22接发动机机油散热器进口上的第一油口接头23，此路循环称为机油的大循环；第二两位三通阀20的另一位通过第四单向阀24接发动机的机油底壳中的带滤网组件的第二油口接头25，此路循环称为机油的小循环；机油的小循环能将发动机的机油底壳中的低温存油泵入第二换热单元8进行预热，之后再以机油的大循环将预热后的机油并经第二换热单元8泵入发动机的主油道并进入各磨擦副，并能建立油压和提高发动机机体的温度，从而能极大的减轻发动机低温启动时产生的磨损，从而延长发动机的使用寿命，同时机油的大循环，能在机动车正常运行的情况下，将机动车运行中已升温并且未经冷却的热机油泵入第二换热单元8进行余热回收并储存热量于相变蓄热材料3中。
以燃油为导热工质，相应的独立循环管路为，将壳体2内燃油用的第三换热单元9的燃油进口通过第二齿轮泵28接油箱34的出油管上的第二三通29，第三换热单元9的燃油出口接第三两位三通阀30，其一位接油箱34的回油管第四油口接头33，此路循环称为燃油的小循环，第三两位三通阀30的另一位，通过第五单向阀31接第四两位三通阀32，该阀串接在油箱34的出油管的供油管路中，并与第二三通29连接在一起，此路循环称为燃油的大循环；燃油的小循环能将油箱中的低温燃油泵入第三换热单元9进行预热，燃油的大循环能将经燃油的小循环预热后的燃油提前泵入燃油供油管路***，对供油管路***进行预热，有利于低温启动发动机；
以空气为导热工质，相应的独立循环管路为，将壳体2内空气用的第四换热单元10的空气进口通过风机35吸入冷空气，第四换热单元10的空气出口则接入驾驶室或车厢36，将冷空气预热后取暖。
还可以设置用于其他加热目的物(如生活用水)的相应的换热单元，并配置相应的独立循环管路，对外传输热量用于其他加热目的物。
所述加热目的物即被加热的对象，有直接对象、间接对象之分，所述导热工质即为直接对象，上述所涉冷却水、机油、燃油及空气均为被加热的直接对象，而所涉发动机机体、生活用水、车厢则为被加热的间接对象。冷却水也可是冷却液。
如图2所示，蓄热兼换热器1内的换热单元的结构为，如(a)中所示为螺旋管型，或者如(b)中所示为蛇管型。各换热单元的结构相同或者不同。
所述调控***为，蓄热兼换热器1中装有在预设定温度下工作的感温器5，感温器5与第一、二、三、四电磁阀12、13、35、36、水泵17及第一齿轮泵26联锁，还有备用热源电加热器4，全部电控的两位三通阀、齿轮泵、水泵和风机，以及导热工质在相应的独立循环管路中的运行调控，全部集中控制，集中控制盘设在驾驶控制台上；集中控制盘上具有相应的电控开关、指示灯及温度指示器。所述预设定最高温度为100℃。电加热器4在特殊情况下使用。
应用中：
第一，低温启动发动机
1、首先检查蓄热兼换热器1中的温度是否正常；
2、可同时启动冷却水、机油及燃油，冷却水一直以小循环运行，机油、燃油先小循环后大循环运行，冷却水温达一定高度后，且机油压力已建立，启动发动机，之后停止冷却水、机油预热。
3、发动机启动10分钟左右，停止燃油预热即可；
4、发动机转入正常运行。
第二冷却水、机油余热回收储存
发动机正常运行中，需要为蓄热兼换热器1蓄热时，则开启冷却水和/或机油的大循环，温升达预设定最高温度时会自动停止。
相变蓄热材料3选用北京正凯宏业科技有限责任公司产品ISM-56，相变温度56～68℃，许可温度130℃。

Claims (9)

1.汽车冷却水及机油的余热回收利用装置，包括具有外保温的蓄热兼换热器，相应的导热工质的热量传输、循环管路及调控***，其特征在于：蓄热兼换热器的具体结构为，具有壳体，其内充满用于储存热量并对外供热的相变蓄热材料，并装有带联锁机构的感温器，其内还装有相互独立的换热单元，各换热单元分别有接在壳体上的进口、出口，各换热单元内的导热工质能分别通过其相应的进口、出口和相应的独立循环管路，在相应的换热单元内循环，并能通过循环管路向蓄热兼换热器内传输热量，供回收并储存热量于相变蓄热材料中，或者向蓄热兼换热器外传输热量，将相变蓄热材料中储存的热量用于对外加热目的物；
冷却水、机油分别作为导热工质循环于其相应的并与发动机关联在一起的独立循环管路中，并且能分别向蓄热兼换热器(1)内传输余热，供回收并储存热量于相变蓄热材料中，也能分别将相变蓄热材料中储存的热量对外传输，用于加热目的物；
还有用于其他加热目的物加热用的相应的导热工质、换热单元和相应的独立循环管路。
2.根据权利要求1所述的汽车冷却水及机油的余热回收利用装置，其特征在于：所述蓄热兼换热器(1)中，冷却水作为导热工质在相应的换热单元内循环时的相应的并与发动机关联在一起的独立循环管路的结构为，所述壳体(2)内冷却水用的第一换热单元(7)的水进口通过第二电磁阀(13)接至发动机的节温器处冷却水出口(11)，第一换热单元(7)的水出口通过第一电磁阀(12)接第一两位三通阀(14)，第一两位三通阀(14)的一位通过第一单向阀(15)接发动机的水泵进水口上的第一三通(16)，此路循环称为冷却水的大循环；第一两位三通阀(14)的另一位先后通过水泵(17)、第二单向阀(18)接与发动机体内的水冷通道连通的预留口(19)，此路循环称为冷却水的小循环；
机油作为导热工质在相应换热单元内循环时的相应的并与发动机关联在一起的独立循环管路的结构为，所述壳体(2)内机油用的第二换热单元(8)的机油进口先后通过第三电磁阀(35)、第一齿轮泵(26)接发动机的机油底壳中的带滤网组件的第三油口接头(27)，第二换热单元(8)的机油出口通过第四电磁阀(36)接第二两位三通阀(20)，第二两位三通阀(20)的一位先后通过机油滤清器(21)、第三单向阀(22)接发动机机油散热器进口上的第一油口接头(23)，此路循环称为机油的大循环；第二两位三通阀(20)的另一位通过第四单向阀(24)接发动机的机油底壳中的带滤网组件的第二油口接头(25)，此路循环称为机油的小循环。
3.根据权利要求1或2所述的汽车冷却水及机油的余热回收利用装置，其特征在于：以燃油为导热工质，相应的独立循环管路为，将壳体(2)内燃油用的第三换热单元(9)的燃油进口通过第二齿轮泵(28)接油箱(34)的出油管上的第二三通(29)，第三换热单元(9)的燃油出口接第三两位三通阀(30)，其一位接油箱(34)的回油管第四油口接头(33)，此路循环称为燃油的小循环，第三两位三通阀(30)的另一位，通过第五单向阀(31)接第四两位三通阀(32)，该阀串接在油箱(34)的出油管的供油管路中，并与第二三通(29)连接在一起，此路循环称为燃油的大循环；燃油的小循环能将油箱中的低温燃油泵入第三换热单元(9)进行预热，燃油的大循环能将经燃油的小循环预热后的燃油提前泵入燃油供油管路***，对供油管路***进行预热，有利于低温启动发动机；
以空气为导热工质，相应的独立循环管路为，将壳体(2)内空气用的第四换热单元(10)的空气进口通过风机(35)吸入冷空气，第四换热单元(10)的空气出口则接入驾驶室或车厢(36)。
4.根据权利要求1或2所述的汽车冷却水及机油的余热回收利用装置，其特征在于：所述调控***为，蓄热兼换热器(1)中装有在预设定温度下工作的感温器(5)，感温器(5)与第一、二、三、四电磁阀(12、13、35、36)、水泵(17)及第一齿轮泵(26)联锁，还有备用热源电加热器(4)，以及导热工质在相应的独立循环管路中的运行调控，全部集中控制，集中控制盘设在驾驶控制台上；集中控制盘上具有相应的电控开关、指示灯及温度指示器。
5.根据权利要求3所述的汽车冷却水及机油的余热回收利用装置，其特征在于：所述调控***为，蓄热兼换热器(1)中装有在预设定温度下工作的感温器(5)，感温器(5)与第一、二、三、四电磁阀(12、13、35、36)、水泵(17)及第一齿轮泵(26)联锁，还有备用热源电加热器(4)，以及导热工质在相应的独立循环管路中的运行调控，全部集中控制，集中控制盘设在驾驶控制台上；集中控制盘上具有相应的电控开关、指示灯及温度指示器。
6.根据权利要求1或2所述的汽车冷却水及机油的余热回收利用装置，其特征在于：蓄热兼换热器(1)内的换热单元为螺旋管型，或者为蛇管型。
7.根据权利要求3所述的汽车冷却水及机油的余热回收利用装置，其特征在于：蓄热兼换热器(1)内的换热单元为螺旋管型，或者为蛇管型。
8.根据权利要求4所述的汽车冷却水及机油的余热回收利用装置，其特征在于：蓄热兼换热器(1)内的换热单元为螺旋管型，或者为蛇管型。
9.根据权利要求5所述的汽车冷却水及机油的余热回收利用装置，其特征在于：蓄热兼换热器(1)内的换热单元为螺旋管型，或者为蛇管型。
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