CN108894889A - 一种基于相变储热的智能车载发动机余热利用*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于相变储热的智能车载发动机余热利用***，包括车载端子***及移动端子***，车载端子***由发动机冷却水箱、相变储热单元、送风末端、泵、三通阀、喷射器、温度传感器、保温材料、处理器及信号发射接收器；移动端子***由移动设备及应用软件组成。在冬季夜晚机动车停止工作后，车载端子***自动立即运行于储热模式，通过循环将冷却水箱中的余热储存至相变储热单元内。在冬季早晨机动车开始工作前，选取余热利用方案，并通过移动设备将指令发送给车载端子***，使其运行于发动机预热、驾驶室供暖及车窗除霜3种模式的一种或几种。本发明实现了发动机余热的高效利用，减少了化石能源消耗与污染物排放，实现了节能环保的目的。

Description

一种基于相变储热的智能车载发动机余热利用***
技术领域
本发明属于储能技术领域，特别涉及一种基于相变储热的智能车载发动机余热利用***。
背景技术
由于机动车保有量持续增加以及国民经济发展对于能源需求的快速增长，针对机动车的节能技术越来越受到关注。目前，虽然电动车在很多城市出现，但是相对于燃油车来说，仍然只占极小比例。燃油车内一切动力、电力的提供最终都来源于内燃式发动机。燃油在气缸中发生燃烧并推动活塞做功，同时释放出了大量的热，而该部分热会通过冷却水箱和风冷器最终释放到环境当中以保证发动机不会过热失效。另一方面，在我国北方地区的冬季清晨温度较低时，经常发生燃油车由于过冷而发动不易启动的情况，有时甚至为了避免该情况出现，用户需要在夜晚专门找环境温度较高的特殊环境停放车辆。同时，驾驶室过冷和车窗结霜问题也会给用户使用带来极大使用不便，需要通过车载空调进行解决，但又会额外消耗燃油。结合上述情况不难发现，一方面燃油车普遍存在发动机余热浪费的情况，另一方面用户对于热量的需求又不得不消耗额外的燃油，既增加了开支又增加了污染物排放，从经济性和环境性的角度都存在极大不合理。
发明内容
对于上述问题，通过车载的相变储能***将发动机余热及时储存，以便在次日清晨进行发动机预热、驾驶室供暖以及车窗除霜等用途，可是说是一种行之有效的解决方案。尤其采用相变储热可以保证储热单元体积紧凑、换热高效，不会对有限的车辆空间造成浪费，具有极高的可行性。另外，借助移动设备及应用软件，可以实现对该过程的远程智能操控，从而进一步提升了用户的使用感受。特别地，对于大型工程机械车辆等特殊行业机动车，因其具有余热量大(内燃机功率大)、工作周期稳定(日间运行夜间停止)、舒适性低(相对于家用机动车)等显著特点，故尤其适用于上述解决方案。
有鉴于此，本发明提供了一种基于相变储热的智能车载发动机余热利用***，以解决燃油车发动机余热利用问题，克服上述现有技术的缺点，用于实现在冬季车辆停止工作后收集发动机水箱余热进行次日发动机预热、驾驶室供暖及车窗除霜等功能及相关智能远程操控。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于相变储热的智能车载发动机余热利用***，包括车载端子***1和移动端子***2，所述车载端子***1包括发动机冷却水箱3、相变储热单元4和送风末端5，发动机冷却水箱3的循环工质出口管路连接三通阀一7的a端口，三通阀一7的c端口连接相变储热单元4的循环工质入口管路，相变储热单元4的循环工质出口管路连接三通阀二8的c端口，三通阀二8的a端口连接发动机冷却水箱3的循环工质入口管路，且三通阀二8ac通路上串联有泵6；送风末端5的循环工质出口管路连接三通阀一7的b端口，送风末端5的循环工质入口管路接三通阀三9的b端口，三通阀三9的a端口连接三通阀二8的b端口，三通阀三9的c端口连接喷射器10。
所述相变储热单元4外部设置保温材料13。
所述车载端子***1还包括设置在发动机冷却水箱3中的温度传感器一11、设置在相变储热单元4中的温度传感器二12以及用于采集驾驶室温度的温度传感器三14，所述温度传感器一11、温度传感器二12和温度传感器三14接处理器15，由处理器15对所采集的数据进行处理。
所述移动端子***2包括移动设备17和应用软件18，所述处理器15处理后的数据通过信号发射接收器16无线传送给移动端子***2，该数据储存于移动设备17中，并通过应用软件18进行显示与分析。
在冬季夜晚机动车停止工作后，车载端子***1自动运行于储热模式：调节三通阀一7与三通阀二8均至ac连通，泵6开启，发动机冷却水箱3中的防冻冷却液即为循环工质，通过循环将发动机冷却水箱3中的余热储存至相变储热单元4内，当发动机冷却水箱3的温度降至相变储热单元4内填充的相变材料相变点温度时，车载端子***1停止运行，储热过程结束。
在冬季早晨机动车开始工作前，用户在应用软件18中操作选取余热利用方案，并通过移动设备17将指令发送给车载端子***1，车载端子***1通过信号发射接收器16接收到指令，经处理器15对指令进行处理，根据所选取方案的不同控制车载端子***1运行于如下3种模式的一种或几种：
a发动机预热模式：调节三通阀一7与三通阀二8均至ac连通，泵6开启，发动机冷却水箱3中的防冻冷却液即为循环工质，通过循环将相变储热单元4内储存的热量释放给发动机冷却水箱3，当发动机冷却水箱3的温度升至相变储热单元4内填充的相变材料相变点温度时，车载端子***1停止运行，发动机预热过程结束，发动机冷却水箱3温度通过温度传感器一11获得，相变储热单元4温度通过温度传感器二12获得；
b驾驶室供暖模式：调节三通阀一7与三通阀二8均至bc连通，调节三通阀三9至ab连通，泵6开启，以防冻冷却液为循环工质，通过循环将相变储热单元4内储存的热量释放给送风末端5进而对驾驶室进行加热，当驾驶室温度达到用户设定供暖温度时，车载端子***1停止运行；当驾驶室温度低于用户设定供暖温度时，车载端子***1重新启动，维持驾驶室供暖直至相变储热单元4的温度低于用户设定供暖温度，驾驶室供暖过程结束，驾驶室温度通过温度传感器三14获得；
c车窗除霜模式：调节三通阀一7与三通阀三9均至ac连通，调节三通阀二8至bc连通，泵6开启，将少量防冻冷却液经相变储热单元4加热后通过喷射器10对车窗进行喷射以实现除霜。
所述移动端子***2，通过应用软件18对长期积累数据进行大数据分析与优化，并通过获得当地气象参数，进行智能化的余热利用方案优选，并远程下达指令给车载端子***1予以执行。
所述当地气象参数包括温度、湿度、风速、结霜以及降雪，所述余热利用方案优选包括：延长储热时间、发动机预热优先、驾驶室采暖优先以及车窗除霜优先。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提供的一种基于相变储热的智能车载发动机余热利用***，通过收集冬季燃油车辆停止工作后发动机水箱余热用于次日发动机预热、驾驶室供暖及车窗除霜等，实现了发动机余热的高效利用，从而减少了化石能源消耗与污染物排放，达到了节能环保的目的。
2、本发明提供的一种基于相变储热的智能车载发动机余热利用***，采用相变材料利用潜热进行储放热，相对于单相材料利用显热的储放热方式，可实现高效热量储存与释放，从而大大节省装置体积，降低装置成本。
3、本发明提供的一种基于相变储热的智能车载发动机余热利用***，将节能技术与大数据技术相结合，可有效提高节能优化方案的效率，从而实现精准节能的目的。
附图说明
图1为一种基于相变储热的智能车载发动机余热利用***示意图。图中各部件及相应标记为：1-车载端子***、2-移动端子***、3-发动机冷却水箱、4-相变储热单元、5-送风末端、6-泵、7-三通阀、8-三通阀、9-三通阀、10-处理器、11-信号发射接收器、12-移动硬件设备、13-控制应用软件。
图2为车载发动机余热利用***储热过程示意图。
图3为车载发动机余热利用***进行发动机预热过程示意图。
图4为车载发动机余热利用***进行驾驶室供暖过程示意图。
图5为车载发动机余热利用***进行车窗除霜过程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
参照图1，一种基于相变储热的智能车载发动机余热利用***，用于实现在冬季车辆停止工作后收集发动机水箱余热进行次日发动机预热、驾驶室供暖及车窗除霜等功能及相关智能远程操控。***主要包括车载端子***1及移动端子***2。
其中，车载端子***1主要由发动机冷却水箱3、相变储热单元4、送风末端5、泵6、三通阀一7、三通阀二8、三通阀三9、喷射器10、温度传感器一11、温度传感器二12、保温材料13、温度传感器三14、处理器15、信号发射接收器16组成；移动端子***2主要由移动设备17、应用软件18组成。
在冬季夜晚机动车停止工作后，车载端子***1自动立即运行于储热模式：参照图2，调节三通阀一7与三通阀二8均至ac连通，泵6开启，冷却水箱3中的防冻冷却液即为循环工质，通过循环将冷却水箱3中的余热储存至相变储热单元4内。当冷却水箱3的温度降至相变储热单元4内填充的相变材料相变点温度时车载端子***1停止运行，储热过程结束。
在储热过程中，车载端子***1通过温度传感器一11与12分别采集冷却水箱3的温度及相变储热单元4的温度数据，数据经处理器15处理后通过信号发射接收器16无线传送给移动端子***2。该数据储存于移动设备17中，并通过应用软件18进行显示与分析。
在冬季早晨机动车开始工作前，用户在应用软件18中进行操作，选取余热利用方案，并通过移动设备17将指令发送给车载端子***1。车载端子***1通过信号发射接收器16接收到指令，经处理器15对指令进行处理，根据所选取方案的不同控制车载端子***1运行于发动机预热、驾驶室供暖及车窗除霜3种模式的一种或几种。
发动机预热模式：参照图3，调节三通阀一7与三通阀二8均至ac连通，泵6开启，冷却水箱3中的防冻冷却液即为循环工质，通过循环将相变储热单元4内储存的热量释放给冷却水箱3。当冷却水箱3的温度升至相变储热单元4内填充的相变材料相变点温度时车载端子***1停止运行，发动机预热过程结束。冷却水箱3温度通过温度传感器一11获得，相变储热单元4温度通过温度传感器二12获得。
驾驶室供暖模式：参照图4调节三通阀一7与三通阀二8均至bc连通，调节三通阀三9至ab连通，泵6开启，以防冻冷却液为循环工质，通过循环将相变储热单元4内储存的热量释放给送风末端5(如风机盘管)进而对驾驶室进行加热。当驾驶室温度达到用户设定供暖温度时，车载端子***1停止运行；当驾驶室温度低于用户设定供暖温度时，车载端子***1重新启动，维持驾驶室供暖直至相变储热单元4的温度低于用户设定供暖温度，驾驶室供暖过程结束。驾驶室温度通过温度传感器三14获得。
车窗除霜模式：参照图5，调节三通阀一7与三通阀三9均至ac连通，调节三通阀二8至bc连通，泵6开启，将少量防冻冷却液经相变储热单元4加热后通过喷射器10对车窗进行喷射以实现除霜。
对于移动端子***2，可通过应用软件18对长期积累数据进行大数据分析与优化，并通过获得当地气象参数，如温度、湿度、风速、结霜、降雪，进行智能化的余热利用方案优选，如延长储热时间、发动机预热优先、驾驶室采暖优先、车窗除霜优先，并远程下达指令给车载端子***1予以执行。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于相变储热的智能车载发动机余热利用***，其特征在于，包括车载端子***(1)和移动端子***(2)，所述车载端子***(1)包括发动机冷却水箱(3)、相变储热单元(4)和送风末端(5)，发动机冷却水箱(3)的循环工质出口管路连接三通阀一(7)的a端口，三通阀一(7)的c端口连接相变储热单元(4)的循环工质入口管路，相变储热单元(4)的循环工质出口管路连接三通阀二(8)的c端口，三通阀二(8)的a端口连接发动机冷却水箱(3)的循环工质入口管路，且三通阀二(8)ac通路上串联有泵(6)；送风末端(5)的循环工质出口管路连接三通阀一(7)的b端口，送风末端(5)的循环工质入口管路接三通阀三(9)的b端口，三通阀三(9)的a端口连接三通阀二(8)的b端口，三通阀三(9)的c端口连接喷射器(10)。
2.根据权利要求1所述基于相变储热的智能车载发动机余热利用***，其特征在于，所述相变储热单元(4)外部设置保温材料(13)。
3.根据权利要求1所述基于相变储热的智能车载发动机余热利用***，其特征在于，所述车载端子***(1)还包括设置在发动机冷却水箱(3)中的温度传感器一(11)、设置在相变储热单元(4)中的温度传感器二(12)以及用于采集驾驶室温度的温度传感器三(14)，所述温度传感器一(11)、温度传感器二(12)和温度传感器三(14)接处理器(15)，由处理器(15)对所采集的数据进行处理。
4.根据权利要求3所述基于相变储热的智能车载发动机余热利用***，其特征在于，所述移动端子***(2)包括移动设备(17)和应用软件(18)，所述处理器(15)处理后的数据通过信号发射接收器(16)无线传送给移动端子***(2)，该数据储存于移动设备(17)中，并通过应用软件(18)进行显示与分析。
5.根据权利要求3或4所述基于相变储热的智能车载发动机余热利用***，其特征在于，在冬季夜晚机动车停止工作后，车载端子***(1)自动运行于储热模式：调节三通阀一(7)与三通阀二(8)均至ac连通，泵(6)开启，发动机冷却水箱(3)中的防冻冷却液即为循环工质，通过循环将发动机冷却水箱(3)中的余热储存至相变储热单元(4)内，当发动机冷却水箱(3)的温度降至相变储热单元(4)内填充的相变材料相变点温度时，车载端子***(1)停止运行，储热过程结束。
6.根据权利要求3或4所述基于相变储热的智能车载发动机余热利用***，其特征在于，在冬季早晨机动车开始工作前，用户在应用软件(18)中操作选取余热利用方案，并通过移动设备(17)将指令发送给车载端子***(1)，车载端子***(1)通过信号发射接收器(16)接收到指令，经处理器(15)对指令进行处理，根据所选取方案的不同控制车载端子***(1)运行于如下3种模式的一种或几种：
(a)发动机预热模式：调节三通阀一(7)与三通阀二(8)均至ac连通，泵(6)开启，发动机冷却水箱(3)中的防冻冷却液即为循环工质，通过循环将相变储热单元(4)内储存的热量释放给发动机冷却水箱(3)，当发动机冷却水箱(3)的温度升至相变储热单元(4)内填充的相变材料相变点温度时，车载端子***(1)停止运行，发动机预热过程结束，发动机冷却水箱(3)温度通过温度传感器一(11)获得，相变储热单元(4)温度通过温度传感器二(12)获得；
(b)驾驶室供暖模式：调节三通阀一(7)与三通阀二(8)均至bc连通，调节三通阀三(9)至ab连通，泵(6)开启，以防冻冷却液为循环工质，通过循环将相变储热单元(4)内储存的热量释放给送风末端(5)进而对驾驶室进行加热，当驾驶室温度达到用户设定供暖温度时，车载端子***(1)停止运行；当驾驶室温度低于用户设定供暖温度时，车载端子***(1)重新启动，维持驾驶室供暖直至相变储热单元(4)的温度低于用户设定供暖温度，驾驶室供暖过程结束，驾驶室温度通过温度传感器三(14)获得；
(c)车窗除霜模式：调节三通阀一(7)与三通阀三(9)均至ac连通，调节三通阀二(8)至bc连通，泵(6)开启，将少量防冻冷却液经相变储热单元(4)加热后通过喷射器(10)对车窗进行喷射以实现除霜。
7.根据权利要求6所述基于相变储热的智能车载发动机余热利用***，其特征在于，所述移动端子***(2)，通过应用软件(18)对长期积累数据进行大数据分析与优化，并通过获得当地气象参数，进行智能化的余热利用方案优选，并远程下达指令给车载端子***(1)予以执行。
8.根据权利要求7所述基于相变储热的智能车载发动机余热利用***，其特征在于，所述当地气象参数包括温度、湿度、风速、结霜以及降雪，所述余热利用方案优选包括：延长储热时间、发动机预热优先、驾驶室采暖优先以及车窗除霜优先。
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