CN203476460U - 内燃机余热回收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种内燃机余热回收装置，该内燃机回收装置包括用于利用内燃机的尾气进行温差发电的第一温差发电器；用于利用冷却***输出的冷却液体和/或冷却气体进行温差发电的第二温差发电器；用于利用冷却***输出的冷却液体和/或冷却气体对有机工质进行预热的预热器；用于利用内燃机的尾气将有机工质加热为饱和蒸汽的蒸发器；用于将饱和蒸汽转换成机械能输出的膨胀机；用于在内燃机以低功率运行时，控制第一电磁阀和第三电磁阀关闭，控制第二电磁阀和第四电磁阀开启，在内燃机以高功率运行时，控制第二电磁阀和第四电磁阀关闭，控制第一电磁阀和第三电磁阀开启的第一控制装置。采用本实用新型的技术方案：提高了燃料的能量利用率。

Description

内燃机余热回收装置

技术领域

本实用新型涉及内燃机领域，尤其涉及一种内燃机余热回收装置。 

背景技术

当前，能源供应已成为制约我国国民经济发展的重要因素。面对能源缺乏，气候环境日益恶化，为保证可持续发展战略的顺利实施，科学技术的进步变得格外重要。而在总能源消耗中汽车的燃料消耗所占的比例越来越大，其节能减排问题已成为当今全球汽车工业发展的主题受到世界各国的广泛关注，其中内燃机余热回收利用研究可以对汽车的节能减排产生巨大的推动作用。 

美国环境保护局根据乘用车在城市高速公路上行驶时所进行的汽车行驶能量分配试验发现，由于能量的转换和功率传动中的损失，输出功率仅占燃料燃烧放出的总热量的25%，而驱动功率只有12%，可见汽车的燃料经济性之低。试验中还可看出内燃机排气携带的能量占总热量的33%左，冷却***散热占总热量的29%；也就是说目前燃料的化学能三分之二左右的能量则通过内燃机的冷却***散热和高温尾气排热的形式释放到了周围的环境中，造成了巨大的能源浪费和环境污染，假若能将这部分热量加以利用，那么燃料的利用率将会得到大幅提高。如今内燃机燃烧过程的不断强化受到金属材料强度和燃料性能的制约，通过内燃机本身的提高来实现效率的增加变得愈加困难。而内燃机余热的利用是一条具有潜力的途径。 

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种内燃机余热回收装置，对内燃机余热进行回收利用，提高燃料的能量利用率，实现节能减排的目的。 

为实现上述目的，本实用新型提供一种，包括：用于利用所述内燃机的尾气进行温差发电的第一温差发电器，包括热端、冷端及电输出端，热端通过第 一电磁阀与所述内燃机连接，冷端连接大气，电输出端与用电设备连接；用于利用冷却***输出的冷却液体和/或冷却气体进行温差发电的第二温差发电器，包括热端、冷端及电输出端，热端通过第二电磁阀与所述冷却***连接，冷端连接大气，电输出端与用电设备连接；用于利用所述冷却***输出的冷却液体和/或冷却气体对有机工质进行预热的预热器，包括第一输入端和输出端，第一输入端通过第三电磁阀与所述冷却***连接；用于利用所述内燃机的尾气将所述预热器输出的有机工质加热为饱和蒸汽的蒸发器，包括第一输入端、第二输入端和第一输出端，第一输入端与所述预热器的输出端连接，第二输入端通过第四电磁阀与所述内燃机的尾气排出端连接；用于将所述蒸发器输出的饱和蒸汽转换成机械能输出的膨胀机，包括输入端和机械能输出端，输入端与所述蒸发器的第一输出端连接；用于在所述内燃机以低功率运行时，控制所述第一电磁阀和所述第三电磁阀关闭，控制所述第二电磁阀和所述第四电磁阀开启，在所述内燃机以高功率运行时，控制所述第二电磁阀和所述第四电磁阀关闭，控制所述第一电磁阀和所述第三电磁阀开启的第一控制装置，与所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述第三电磁阀及所述第四电磁阀连接。 

进一步地，所述蒸发器还包括：第二输出端，与所述第一温差发电器的热端连接。 

进一步地，所述内燃机余热回收装置，还包括：用于对所述内燃机的尾气进行净化处理的三元催化转换器，位于所述内燃机与所述蒸发器及所述第一温差发电器之间。 

进一步地，所述内燃机余热回收装置，还包括：位于所述蒸发器与所述膨胀机之间的第一流量计、温度传感器及压力传感器。 

进一步地，所述内燃机余热回收装置，还包括：用于利用所述膨胀机输出的机械能发电的发电机，输入端与所述膨胀机的机械能输出端连接，输出端与用电设备连接。 

进一步地，所述膨胀机还包括：乏汽输出端；所述内燃机余热回收装置还包括：用于利用所述膨胀机输出的乏汽对车内进行供暖的换热器，包括输入端和输出端，输入端通过第五电磁阀与所述膨胀机的乏汽输出端连接；用于对经所述换热器处理后的乏汽冷凝成有机工质的冷凝器，包括第一输入端、第二输 出端和输出端，第一输入端与所述换热器的输出端连接，第二输入端通过第六电磁阀与所述膨胀机的乏汽输出端连接；用于存储所述冷凝器输出的有机工质的储液罐，包括输入端和输出端，输入端与所述冷凝器的输出端连接；用于控制所述第五电磁阀和所述第六电磁阀开启或关闭的第二控制装置，与所述第五电磁阀和所述第六电磁阀连接。 

进一步地，所述内燃机余热回收装置，还包括：与所述冷凝器进行配合的风扇。 

进一步地，所述预热器还包括：第二输入端；所述内燃机余热回收装置还包括：用于将所述储液罐中存储的有机工质输送给所述预热器的工质泵，输入端与所述储液罐的输出端连接，输出端与所述预热器的第二输入端连接。 

进一步地，所述工质泵为可供流量型工质泵。 

进一步地，所述内燃机余热回收装置，还包括：位于所述工质泵与所述预热器之间的第二流量计。 

本实用新型具有以下有益效果： 

本实用新型提供的内燃机余热回收装置，通过温差发电技术及利用有机工质对内燃机尾气的余热进行利用的技术对内燃机余热进行回收利用，提高燃料的能量利用率，达到节能减排的目的。 

附图说明

图1为本实用新型的内燃机余热回收装置实施例1的结构示意图。 

图2为本实用新型的内燃机余热回收装置实施例2的结构示意图。 

图3为本实用新型的内燃机余热回收装置实施例3的结构示意图。 

图中： 

具体实施方式

本实用新型的内燃机余热回收装置，通过对内燃机余热进行回收利用，提高燃料的能力利用率，达到节能减排的目的。 

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。 

如图1所示，所述内燃机余热回收装置，包括： 

第一温差发电器12，用于利用所述内燃机的尾气进行温差发电，包括热端、冷端及电输出端，热端通过第一电磁阀与所述内燃机连接，冷端连接大气，电输出端与用电设备连接； 

第二温差发电器13，用于利用冷却***输出的冷却液体和/或冷却气体进行温差发电，包括热端、冷端及电输出端，热端通过第二电磁阀与所述冷却***连接，冷端连接大气，电输出端与用电设备连接； 

预热器14，用于利用所述冷却***输出的冷却液体和/或冷却气体对有机工质进行预热，包括第一输入端和输出端，第一输入端通过第三电磁阀与所述冷却***连接； 

蒸发器15，用于利用所述内燃机的尾气将所述预热器输出的有机工质加热为饱和蒸汽，包括第一输入端、第二输入端和第一输出端，第一输入端与所述预热器的输出端连接，第二输入端通过第四电磁阀与所述内燃机的尾气排出端连接； 

膨胀机16，用于将所述蒸发器输出的饱和蒸汽转换成机械能输出，包括输入端和机械能输出端，输入端与所述蒸发器的第一输出端连接； 

第一控制装置（图未示出），用于在所述内燃机以低功率运行时，控制所述第一电磁阀31和所述第三电磁阀33关闭，控制所述第二电磁阀32和所述 第四电磁阀34开启，在所述内燃机以高功率运行时，控制所述第二电磁阀32和所述第四电磁阀34关闭，控制所述第一电磁阀31和所述第三电磁阀33开启，与所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述第三电磁阀及所述第四电磁阀连接。 

在上述技术方案中，当内燃机以低功率运行时，第一控制装置控制第三电磁阀33和第四电磁阀34关闭，控制第一电磁阀31和第二电磁阀32开启，冷却***将冷却水、润滑油、增压后的高温空气通过第二电磁阀32输出至第二温差发电器13进行温差发电，驱动用电设备；内燃机产生的尾气则可通过第一电磁阀31输出至第一温差发电器12进行温差发电，驱动用电设备。 

当内燃机以高功率运行时，第一控制装置控制第三电磁阀33和第四电磁阀34开启，控制第一电磁阀31和第二电磁阀32关闭，冷却***将冷却水、润滑油、增压后的高温空气通过第三电磁阀33输出至预热器14对有机工质进行预热，预热后的有机工质输出至蒸发器15被从内燃机通过第四电磁阀34输出至蒸发器15的尾气加热为饱和蒸汽，加热后的饱和蒸汽输出至膨胀机16被转换成机械能输出对外做功。 

对于小功率的内燃机由膨胀机16输出的机械能还可以通过发电机转化成电能驱动用电设备，因此，进一步地，在实施例1的基础上，所述内燃机余热回收装置可以还包括：发电机，用于利用所述膨胀机输出的机械能发电，输入端与所述膨胀机16的机械能输出端连接，输出端与用电设备连接。对于大功率的内燃机，膨胀机16输出的机械能可以直接驱动车辆前进。 

当内燃机以高功率运行时，蒸发器加热后的饱和蒸汽除了输出至膨胀机16，还可以输出至第一温差发电器12进行温差发电，驱动用电设备。因此，进一步地，在实施例1的基础上，所述蒸发器还可以包括：第二输出端，与所述第一温差发电器的热端连接。 

为了满足排气法规，可在内燃机与蒸发器之间安装净化装置。因此，进一步地，在实施例1的基础上，所述内燃机余热回收装置还可以包括：三元催化转换器，用于对所述内燃机的尾气进行净化处理，位于所述内燃机与所述蒸发器及所述第一温差发电器之间。内燃机中的尾气通过三元催化转换器净化处理后温度衰减，但能量损失不大。 

进一步地，在实施例1的基础上，所述内燃机余热回收装置还可以包括：位于所述蒸发器与所述膨胀机之间的第一流量计、温度传感器及压力传感器，通过第一流量计可以测量从蒸发器输出至膨胀机的流体流量，使用温度传感器则可以测量该流体的温度，使用压力传感器可以测量该流体的压力。 

图2为本实用新型的内燃机余热回收装置的实施例2的结构示意图。 

如图2所示，在实施例1的基础上，所述膨胀机还包括：乏汽输出端； 

所述内燃机余热回收装置还可以包括：换热器19，用于利用所述膨胀机输出的乏汽对车内进行供暖，包括输入端和输出端，输入端通过第五电磁阀与所述膨胀机的乏汽输出端连接； 

冷凝器20，用于对经所述换热器处理后的乏汽冷凝成有机工质，包括第一输入端、第二输出端和输出端，第一输入端与所述换热器的输出端连接，第二输入端通过第六电磁阀与所述膨胀机的乏汽输出端连接； 

储液罐21，用于存储所述冷凝器输出的有机工质，包括输入端和输出端，输入端与所述冷凝器的输出端连接； 

第二控制装置（图未示出），用于控制所述第五电磁阀35和所述第六电磁阀36开启或关闭，与所述第五电磁阀35和所述第六电磁阀36连接。 

在上述技术方案中，第二控制装置通过控制第五电磁阀35及第六电磁阀36的开启或关闭，可以为车内供暖。当需要进行供暖时，通过第二控制装置控制第五电磁阀35开启，第六电磁阀36关闭，膨胀机16的乏汽输出至换热器19中为车内进行供暖；当不需要进行供暖时，则通过第二控制装置控制第五电磁阀35关闭，第六电磁阀36开启。膨胀机16的乏汽通过第六电磁阀36或通过第五电磁阀35经换热器19处理后输出至冷凝器20冷凝成有机工质，冷凝后的有机工质输出至储液罐21中存储。 

进一步地，在实施例2的基础上，所述内燃机余热回收装置还可以包括：与所述冷凝器进行配合的风扇。 

进一步地，为了实现有机工质的循环利用，在实施例2的基础上，所述预热器还可以包括：第二输入端；所述内燃机余热回收装置还可以包括：工质泵，用于将所述储液罐中存储的有机工质输送给所述预热器，输入端与所述储液罐的输出端连接，输出端与所述预热器的第二输入端连接。 

在上述技术方案中，储液罐中存储的有机工质输送给工质泵，工质泵将有机工质进行增压后输送给预热器，从而形成循环的工作流程。 

进一步地，所述工质泵为可供流量型工质泵，通过控制工质泵向预热器输送的有机工质的流量可以确保膨胀机进口处的有机工质处于饱和状态。 

进一步地，所述内燃机余热回收装置还可以包括：第二流量计，位于所述工质泵与所述预热器之间，该第二流量计可以测量从工质泵向预热器输送的有机工质的流量。 

图3为本实用新型的内燃机余热回收装置实施例3的结构示意图。 

如图所示，所述内燃机余热回收装置包括： 

三元催化转换器28，与内燃机11连接； 

第一温差发电器12，热端通过第一电磁阀31与所述三元催化转换器28连接，冷端连接大气，电输出端与用电设备连接； 

第二温差发电器13，热端通过第二电磁阀32与冷却***17的输出端连接，冷端连接大气，电输出端与用电设备连接； 

预热器14，第一输入端通过第三电磁阀33与冷却***的输出端连接，第二输入端通过第二流量计26与工质泵22连接，输出端与蒸发器15连接； 

蒸发器15，第一输入端通过第四电磁阀34与所述三元催化转换器28连接，第二输入端与预热器的输出端连接； 

膨胀机16，通过第一流量计23、温度传感器24及压力传感器25与所述蒸发器15的输出端连接，机械能输出端与发电机18的输入端连接，发电机18的输出端与用电设备连接； 

换热器19，输入端通过第五电磁阀35与所述膨胀机16的乏汽输出端连接； 

冷凝器20，第一输入端与所述换热器19的输出端连接，第二输入端通过第六电磁阀36与所述膨胀机16的乏汽输出端连接； 

储液罐21，输入端与所述冷凝器20的输出端连接； 

工质泵22，与所述储液罐21的输出端连接，输出端通过第二流量计26与预热器14的第二输入端连接； 

第一控制装置（图未示出），与所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述 第三电磁阀及所述第四电磁阀连接。 

第二控制装置（图未示出），与所述第五电磁阀35和所述第六电磁阀36连接。 

当内燃机以低功率运行时，第一控制装置控制第三电磁阀33和第四电磁阀34关闭，控制第一电磁阀31和第二电磁阀32开启，冷却***17将冷却水、润滑油、增压后的高温空气通过第二电磁阀32输出至第二温差发电器13进行温差发电，驱动用电设备；内燃机11产生的尾气通过三元催化转换器28净化处理后，则可通过第一电磁阀31输出至第一温差发电器12进行温差发电，驱动用电设备。 

当内燃机以高功率运行时，第一控制装置控制第三电磁阀33和第四电磁阀34开启，控制第一电磁阀31和第二电磁阀32关闭，冷却***将冷却水、润滑油、增压后的高温空气通过第三电磁阀33输出至预热器14对有机工质进行预热，预热后的有机工质输出至蒸发器15被从内燃机11产生的经三元催化转换器28净化处理后通过第四电磁阀34输出至蒸发器15的尾气加热为饱和蒸汽，加热后的饱和蒸汽一方面输出至第一温差发电器12进行温差发电，驱动用电设备；另一方面经第一流量计23、温度传感器24及压力传感器25输出至膨胀机16被转换成机械能输出对外做功，对于大功率的内燃机，膨胀机16输出的机械能可以直接驱动车辆前进；对于小功率的内燃机由膨胀机16输出的机械能还可以通过发电机18转化成电能驱动用电设备。从膨胀机16出来的乏汽可以用来对车内进行供暖，当需要进行供暖时，通过第二控制装置控制第五电磁阀35开启，第六电磁阀36关闭，膨胀机16的乏汽输出至换热器19中为车内进行供暖；当不需要进行供暖时，则通过第二控制装置控制第五电磁阀35关闭，第六电磁阀36开启。膨胀机16的乏汽通过第六电磁阀36或通过第五电磁阀35经换热器处理后输出至冷凝器20，冷凝器20及与其进行配合的风扇27，将乏汽冷凝成有机工质，冷凝后的有机工质输出至储液罐21中存储。储液罐中存储的有机工质输送给工质泵22，工质泵将有机工质进行增压后经第二流量计26输送给预热器14，从而形成循环的工作流程。 

本实用新型的内燃机余热回收装置的预热器可在现有的散热器、中冷器和机油冷却器的基础上进行改装，冷凝器可与现有的汽车冷却模块做成一个整体 使用冷却风扇进行冷却，以减少整个装置的布置体积并减轻整个装置的重量。 

在本实用新型的内燃机余热回收装置中所采用的有机工质应使用干流体或等熵流体，尽量选择ODP（Ozone Depletion Potential，臭氧消耗潜值）和GWP（Global Warming Potential，全球变暖潜值）低，安全性好，热力学性能优异的工质。优选的工质为R123、R141b、R365mfc或R245ca。 

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。 

Claims (10)

1.一种内燃机余热回收装置，其特征在于，包括： 

用于利用所述内燃机的尾气进行温差发电的第一温差发电器，包括热端、冷端及电输出端，热端通过第一电磁阀与所述内燃机连接，冷端连接大气，电输出端与用电设备连接； 

用于利用冷却***输出的冷却液体和/或冷却气体进行温差发电的第二温差发电器，包括热端、冷端及电输出端，热端通过第二电磁阀与所述冷却***连接，冷端连接大气，电输出端与用电设备连接； 

用于利用所述冷却***输出的冷却液体和/或冷却气体对有机工质进行预热的预热器，包括第一输入端和输出端，第一输入端通过第三电磁阀与所述冷却***连接； 

用于利用所述内燃机的尾气将所述预热器输出的有机工质加热为饱和蒸汽的蒸发器，包括第一输入端、第二输入端和第一输出端，第一输入端与所述预热器的输出端连接，第二输入端通过第四电磁阀与所述内燃机的尾气排出端连接； 

用于将所述蒸发器输出的饱和蒸汽转换成机械能输出的膨胀机，包括输入端和机械能输出端，输入端与所述蒸发器的第一输出端连接； 

用于在所述内燃机以低功率运行时，控制所述第一电磁阀和所述第三电磁阀关闭，控制所述第二电磁阀和所述第四电磁阀开启，在所述内燃机以高功率运行时，控制所述第二电磁阀和所述第四电磁阀关闭，控制所述第一电磁阀和所述第三电磁阀开启的第一控制装置，与所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述第三电磁阀及所述第四电磁阀连接。 

2.如权利要求1所述的内燃机余热回收装置，其特征在于，所述蒸发器还包括：第二输出端，与所述第一温差发电器的热端连接。 

3.如权利要求1所述的内燃机余热回收装置，其特征在于，还包括： 

用于对所述内燃机的尾气进行净化处理的三元催化转换器，位于所述内燃机与所述蒸发器及所述第一温差发电器之间。 

4.如权利要求1所述的内燃机余热回收装置，其特征在于，还包括： 

位于所述蒸发器与所述膨胀机之间的第一流量计、温度传感器及压力传感器。 

5.如权利要求1所述的内燃机余热回收装置，其特征在于，还包括： 

用于利用所述膨胀机输出的机械能发电的发电机，输入端与所述膨胀机的机械能输出端连接，输出端与用电设备连接。 

6.如权利要求1所述的内燃机余热回收装置，其特征在于： 

所述膨胀机还包括：乏汽输出端； 

所述内燃机余热回收装置还包括： 

用于利用所述膨胀机输出的乏汽对车内进行供暖的换热器，包括输入端和输出端，输入端通过第五电磁阀与所述膨胀机的乏汽输出端连接；用于对经所述换热器处理后的乏汽冷凝成有机工质的冷凝器，包括第一输入端、第二输出端和输出端，第一输入端与所述换热器的输出端连接，第二输入端通过第六电磁阀与所述膨胀机的乏汽输出端连接； 

用于存储所述冷凝器输出的有机工质的储液罐，包括输入端和输出端，输入端与所述冷凝器的输出端连接； 

用于控制所述第五电磁阀和所述第六电磁阀开启或关闭的第二控制装置，与所述第五电磁阀和所述第六电磁阀连接。 

7.如权利要求6所述的内燃机余热回收装置，其特征在于，还包括： 

与所述冷凝器进行配合的风扇。 

8.如权利要求6所述的内燃机余热回收装置，其特征在于： 

所述预热器还包括：第二输入端； 

所述内燃机余热回收装置还包括： 

用于将所述储液罐中存储的有机工质输送给所述预热器的工质泵，输入端与所述储液罐的输出端连接，输出端与所述预热器的第二输入端连接。 

9.如权利要求8所述的内燃机余热回收装置，其特征在于，所述工质泵为可供流量型工质泵。 

10.如权利要求9所述的内燃机余热回收装置，其特征在于，还包括： 

位于所述工质泵与所述预热器之间的第二流量计。 

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