一種汽車尾氣蒸汽渦輪轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種汽車尾氣蒸汽渦輪轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括熱水傳送系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、蒸汽傳送系統(tǒng)和安裝在發(fā)動機排氣管中的尾氣換熱裝置；熱水傳送系統(tǒng)包括水箱、水泵和熱水輸送管；儲能系統(tǒng)包括渦輪機、發(fā)電機和蓄電池；蒸汽傳送系統(tǒng)包括蒸汽輸送管和冷凝器；尾氣換熱裝置的蒸汽出口端設(shè)置壓力閥，尾氣換熱裝置通過蒸汽輸送管連接于冷卻水換熱器，冷卻水換熱器同時通過熱水輸送管連接于尾氣換熱裝置，渦輪機設(shè)置于冷凝器和尾氣換熱裝置之間的蒸汽輸送管上。本發(fā)明能夠?qū)⑵嚢l(fā)動機排氣系統(tǒng)中尾氣的部分熱量轉(zhuǎn)化成電能，供汽車再利用，從而提高燃料利用率，達到節(jié)約能源和保護環(huán)境的目的。
【專利說明】
一種汽車尾氣蒸汽渦輪轉(zhuǎn)化系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于汽車尾氣廢熱利用領(lǐng)域，具體涉及一種汽車尾氣蒸汽渦輪轉(zhuǎn)化系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]我國已經(jīng)成為世界第一大汽車產(chǎn)銷國，2012年汽車產(chǎn)銷量雙雙突破了 1900萬輛，據(jù)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(dǎo)致我國石油供應(yīng)的嚴重不足，因此如何提高發(fā)動機燃料熱量的利用率是節(jié)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(huán)境保護的大事。
[0003]以汽油和柴油為燃料的傳統(tǒng)汽車發(fā)動機燃燒產(chǎn)生的熱量，僅有30% — 40%被轉(zhuǎn)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(tǒng)汽車發(fā)動機氣缸燃燒產(chǎn)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(fā)動機的燃料利用率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種汽車尾氣蒸汽渦輪轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，旨在解決傳統(tǒng)汽車發(fā)動機燃燒產(chǎn)生的熱量被尾氣帶走而未被回收利用的問題。
[0005]為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種汽車尾氣蒸汽渦輪轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，其特殊之處在于，該系統(tǒng)包括冷卻水換熱器、熱水傳送系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、蒸汽傳送系統(tǒng)和安裝在發(fā)動機排氣管中的尾氣換熱裝置；所述熱水傳送系統(tǒng)包括水箱、水泵和熱水輸送管；所述儲能系統(tǒng)包括渦輪機、發(fā)電機和蓄電池；所述蒸汽傳送系統(tǒng)包括蒸汽輸送管和冷凝器；尾氣換熱裝置的蒸汽出口端設(shè)置壓力閥，尾氣換熱裝置通過蒸汽輸送管連接于冷卻水換熱器，冷卻水換熱器同時通過熱水輸送管連接于尾氣換熱裝置，渦輪機設(shè)置于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(tǒng)還包括安裝于發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中的冷卻水換熱器，冷卻水換熱器設(shè)置于冷凝器和水箱之間。
[0008]進一步，所述熱水輸送管的末端設(shè)置用于尾氣換熱裝置內(nèi)蒸汽壓力較高時將液體壓入尾氣換熱裝置中的泵噴嘴。
[0009]本發(fā)明提供的汽車尾氣蒸汽渦輪轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，能夠?qū)⑵嚢l(fā)動機尾氣中的部分熱量轉(zhuǎn)化成電能，供汽車再利用，從而提高燃料利用率，達到節(jié)約能源和保護環(huán)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(zhuǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

【具體實施方式】
[0011]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0012]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明的應(yīng)用原理作進一步描述。
[0013]如圖1所示，本發(fā)明實施例提供了一種汽車尾氣蒸汽渦輪轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，該汽車尾氣蒸汽渦輪轉(zhuǎn)化系統(tǒng)包括:設(shè)置于發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中的冷卻水換熱器、熱水傳送系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、蒸汽傳送系統(tǒng)和安裝在發(fā)動機排氣管中的尾氣換熱裝置；熱水傳送系統(tǒng)包括水箱、水泵和熱水輸送管；儲能系統(tǒng)包括渦輪機、發(fā)電機和蓄電池；蒸汽傳送系統(tǒng)包括蒸汽輸送管和冷凝器；尾氣換熱裝置的蒸汽出口端設(shè)置壓力閥，尾氣換熱裝置通過蒸汽輸送管連接于冷卻水換熱器，冷卻水換熱器同時通過熱水輸送管連接于尾氣換熱裝置，渦輪機設(shè)置于冷凝器和尾氣換熱裝置之間的蒸汽輸送管上。
[0014]該系統(tǒng)還包括安裝于發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中的冷卻水換熱器，冷卻水換熱器設(shè)置于冷凝器和水箱之間。
[0015]熱水輸送管的末端設(shè)置用于尾氣換熱裝置內(nèi)蒸汽壓力較高時將液體壓入尾氣換熱裝置中的泵噴嘴。
[0016]本發(fā)明的汽車尾氣蒸汽渦輪轉(zhuǎn)化系統(tǒng)主要是利用汽車冷卻系統(tǒng)中冷卻水和尾氣的熱量加熱系統(tǒng)液體工質(zhì)，使其變成蒸汽后推動渦輪轉(zhuǎn)動，將熱能轉(zhuǎn)化為可以利用的機械能，渦輪帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動將機械能轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)熱量回收，從而提高燃料利用率。該轉(zhuǎn)化系統(tǒng)充分利用發(fā)動機冷卻系統(tǒng)攜帶的熱量，使用冷卻水換熱器加熱系統(tǒng)中的液體，實現(xiàn)冷卻水熱量的回收再利用；該轉(zhuǎn)化系統(tǒng)充分利用發(fā)動機尾氣攜帶的熱量，使用尾氣換熱裝置加熱系統(tǒng)中的熱液體，使其加熱成蒸汽，實現(xiàn)尾氣熱量的回收再利用。
[0017]本發(fā)明中的尾氣換熱裝置是利用發(fā)動機尾氣熱量將熱液體變?yōu)檎羝?，安裝在發(fā)動機排氣管中，布置在催化器和波紋管之后、消聲器之前的位置，尾氣換熱裝置在不影響發(fā)動機催化轉(zhuǎn)化效率，特別是低溫冷啟動時的催化器轉(zhuǎn)化效率的條件下，減少發(fā)動機振動激勵的影響，并盡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(chǎn)生的蒸汽壓力穩(wěn)定，有利于渦輪機的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)；另一方面起安全控制作用，防止尾氣換熱裝置內(nèi)蒸汽壓力過高而破壞設(shè)備。
[0018]渦輪機是將蒸汽熱能轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，潤輪機主軸通過皮帶傳動帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)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(zhuǎn)并驅(qū)動車輛。
[0019]冷凝器是采用風(fēng)冷方式將經(jīng)過渦輪機做功后的蒸汽冷卻成液體。使渦輪機出口端壓力下降，有利于蒸汽做功。
[0020]冷卻水換熱器設(shè)置于發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中，用于吸收冷卻系統(tǒng)中的熱量并穩(wěn)定輸入尾氣換熱裝置的熱水溫度。冷卻水換熱器利用發(fā)動機冷卻系統(tǒng)攜帶的熱量將本發(fā)明的汽車尾氣蒸汽渦輪轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中的液體加熱，實現(xiàn)冷卻液熱量的回收再利用，冷卻水換熱器中加熱后的熱液體進入本轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的水箱中。冷卻水換熱器一方面在冷凝器效率不夠時，繼續(xù)將蒸汽冷卻成液體，另一方面充分利用發(fā)動機冷卻水的熱量，使冷凝后的液體溫度穩(wěn)定在一定高溫下，減少尾氣換熱裝置加熱時間。發(fā)動機冷卻水離開缸體時的溫度通?？蛇_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，使殘余蒸汽和液體分離，減少液體在管道傳輸產(chǎn)生氣阻的可能性，并有利于水泵將液體壓入尾氣換熱裝置中，實現(xiàn)汽車尾氣蒸汽渦輪轉(zhuǎn)化系統(tǒng)內(nèi)液體流動的再循環(huán)。如果尾氣換熱裝置內(nèi)蒸汽壓力比較高，則可以采用泵噴嘴的方式將液體壓入尾氣換熱裝置中。
[0021]本發(fā)明的汽車尾氣蒸汽渦輪轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的工作過程:
[0022]在汽車發(fā)動機正常運行一段時間后，冷卻水開啟大循環(huán)，發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中冷卻水的熱量通過冷卻水換熱器加熱本系統(tǒng)中的液體，因此本系統(tǒng)吸收了汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)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(fā)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?yōu)檎羝?；當尾氣換熱裝置內(nèi)的蒸汽壓力達到壓力閥限定的開啟壓力后，進入渦輪機推動渦輪葉片旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生電能儲存到蓄電池中；做功后的蒸汽進入冷凝器冷卻成液體，后進入冷卻水換熱器繼續(xù)冷卻或加熱，然后流入小水箱，在水泵的作用下實現(xiàn)再循環(huán)。本系統(tǒng)中的液體可以是水，也可以是發(fā)動機冷卻液(水和乙二醇的混合液)。
[0023]以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種汽車尾氣蒸汽渦輪轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括熱水傳送系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、蒸汽傳送系統(tǒng)和安裝在發(fā)動機排氣管中的尾氣換熱裝置；所述熱水傳送系統(tǒng)包括水箱、水泵和熱水輸送管；所述儲能系統(tǒng)包括渦輪機、發(fā)電機和蓄電池；所述蒸汽傳送系統(tǒng)包括蒸汽輸送管和冷凝器；尾氣換熱裝置的蒸汽出口端設(shè)置壓力閥，尾氣換熱裝置通過蒸汽輸送管連接于冷卻水換熱器，冷卻水換熱器同時通過熱水輸送管連接于尾氣換熱裝置，渦輪機設(shè)置于冷凝器和尾氣換熱裝置之間的蒸汽輸送管上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車尾氣蒸汽渦輪轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括安裝于發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中的冷卻水換熱器，冷卻水換熱器設(shè)置于冷凝器和水箱之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種汽車尾氣蒸汽渦輪轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，其特征在于，所述熱水輸送管的末端設(shè)置用于尾氣換熱裝置內(nèi)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】F01N5/02GK104196611SQ201410425749
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】劉志恩, 夏婉揚, 黃博文, 戴胡偉, 焦柯柯, 郭彩祎, 朱文昌, 張有財, 郭晶晶 申請人:武漢理工大學(xué), 郭晶晶