ПРИВОДНОЙ БЛОК ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ С КОМБИНИРОВАННЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ ЦИКЛИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА И ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА Российский патент 2020 года по МПК F02G5/02 F01N5/02 F01K23/02 

Изобретение относится к приводному блоку для автомобиля и к автомобилю с таким приводным блоком.

Автомобили часто приводятся в движение посредством двигателей внутреннего сгорания, в которых сжигается топливо, а выделяющаяся при этом тепловая энергия частично превращается в механическую работу. Кпд поршневых двигателей внутреннего сгорания, которые почти исключительно применяются для приведения автомобилей в движение, составляет в среднем около одной трети используемой первичной энергии. Соответственно, две трети выделяющейся при сжигании тепловой энергии представляет собой отходящее тепло, которое либо отдается в окружающую среду через систему охлаждения автомобиля, либо выбрасывается через выхлопной тракт как потерянное тепло.

Использование этого отходящего тепла даст возможность повысить полный кпд приводного блока автомобиля и, тем самым, снизить расход топлива.

Как известно, для использования отходящего тепла двигателей внутреннего сгорания применяются паровое циклическое устройство или термоэлектрический генератор, благодаря этим устройствам можно использовать, в частности, отходящее тепло отработанного газа двигателя внутреннего сгорания (см. DE 10 2014 015457 A1 или DE 10 2014 001819 A1).

В этот отношении в DE 10 2010 048 887 A1 описывается комбинированное применение парового циклического устройства и термоэлектрического генератора для использования отходящего тепла двигателя внутреннего сгорания. При этом термоэлектрический генератор соединен с возможностью теплопередачи с паровым циклическим устройством через линию охлаждающей среды. Это позволяет частично использовать отходящее тепло парового циклического устройства в термоэлектрическом генераторе путем преобразования в электрическую энергию.

В основе изобретения лежит задача обеспечения лучшего использования отходящего тепла двигателя внутреннего сгорания автомобиля.

Эта задача решается посредством приводного блока по пункту 1 формулы изобретения. Автомобиль с таким приводным блоком является предметом пункта 14. Предпочтительные варианты осуществления приводного блока согласно изобретению и тем самым автомобиля согласно изобретению являются предметами других пунктов формулы и/или получаются из нижеследующего описания изобретения.

В соответствии с изобретением предусмотрен приводной блок для автомобиля, а также автомобиль с таким приводным блоком, причем приводной блок содержит, с одной стороны, силовую установку, которая содержит двигатель внутреннего сгорания, а также выхлопной тракт, через который отработанный газ можно удалить из двигателя внутреннего сгорания.

Кроме того, приводной блок имеет циклическое устройство, которое предусмотрено для преобразования тепловой энергии отработанного газа в механическую работу в (прямом) термодинамическом циклическом процессе, при этом рабочая среда относительно своего направления течения протекает через первый теплообменник, в котором происходит передача тепла (прямая или опосредованная) от отработанного газа к рабочей среде, в результате чего температура и/или давление рабочей среды повышается. Затем рабочая среда протекает через расширительное устройство, в котором происходит расширение рабочей среды, и при этом совершается механическая работа. После этого рабочая среда течет через второй теплообменник, в котором происходит передача тепла (прямая или косвенная) от рабочей среды к хладагенту.

Кроме того, приводной блок согласно изобретению содержит термоэлектрический генератор (ТЭГ), который предусмотрен для преобразования тепловой энергии отработанного газа в электрическую энергию и который для этого при разнице температур между его высокотемпературной стороной и его низкотемпературной стороной создает электрическое напряжение. Для этого, как известно, ТЭГ содержит по меньшей мере один термоэлемент, обычно несколько термоэлементов, у которого/которых в результате термоэлектрического эффекта (называемого также эффектом Зеебека) в электрической цепи, образованной из двух разных электропроводников, при разнице температур прикладывается электрическое напряжение между точками контакта этих электропроводников. При этом электропроводники предпочтительно могут быть образованы из металлов и, в частности, из полупроводников. Такие ТЭГ обеспечивают прямое превращение тепловой энергии в электрическую. Чтобы постоянно обеспечивать необходимую для функционирования ТЭГ разность температур между точками контакта электропроводников, такой ТЭГ соответственно содержит первый теплообменник, соединенный с возможностью проведения тепла с одним концом электропроводников, который ниже называется высокотемпературной стороной ТЭГ, посредством которого в результате целенаправленной передачи тепла устанавливается относительно высокая температура этого конца электропроводника, а также содержит второй теплообменник, соединенный с другим концом электропроводника, далее называемый низкотемпературной стороной ТЭГ, в котором в результате целенаправленного отвода тепла, соответственно, охлаждения устанавливается относительно низкая температура для соответствующих концов электропроводников.

Согласно изобретению, такой приводной блок характеризуется таким встраиванием ТЭГ в циклическое устройство, чтобы рабочая среда направлялась или могла также направляться через него. В результате очень выгодным образом реализуется тепловая связь циклического устройства и ТЭГ, что положительно сказывается на общей эффективности (КПД) использования отходящего тепла и/или на конструктивной и пространственной комбинации этих двух устройств.

Отработанный газ, отходящее тепло которого необходимо использовать, может представлять собой, в частности, отработанный газ, который предусматривается по меньшей мере частично, а предпочтительно полностью удалять в окружающую среду.

Под циклическим устройством предпочтительно понимается паровое циклическое устройство, которое предусмотрено, в частности, для осуществления цикла Клаузиуса-Ранкина, и в котором давление рабочей среды в жидком состояние повышается посредством насоса, затем рабочая среда в первом теплообменнике испаряется и, предпочтительно, перегревается и во втором теплообменнике конденсируется.

Хладагент, который используется по меньшей во втором теплообменнике циклического устройства для отвода тепловой энергии, может представлять собой охлаждающую жидкость, которая циркулирует в системе охлаждения силовой установки и, в частности, в – содержащем по меньшей мере один канал охлаждения двигателя внутреннего сгорания – контуре охлаждения двигателя этой системы охлаждения. Благодаря этому можно, в частности, просто отвести отходящее тепло цикла, которое может составлять большую часть (например, примерно 85%) подводимой тепловой энергии, в окружающий воздух через жидкостный охладитель системы охлаждения. Альтернативно или дополнительно, можно также предусмотреть использование окружающего воздуха для охлаждения рабочей среды посредством второго теплообменника.

В одном предпочтительном варианте осуществления приводного блока согласно изобретению встраивание ТЭГ в циклическое устройство можно предусмотреть таким образом, чтобы хладагент, использующийся для отвода тепла во втором теплообменнике циклического устройства, мог проводиться или проводился также через низкотемпературную сторону ТЭГ в целях ее охлаждения. Дополнительно или альтернативно можно также предусмотреть охлаждение низкотемпературной стороны термоэлектрического генератора посредством отличного от хладагента охлаждающего средства, в частности, газа, особенно предпочтительно с помощью целенаправленно подводимого окружающего воздуха. Как результат, при необходимости можно создать относительно большую разность температур между высокотемпературной стороной и низкотемпературной стороной термоэлектрического генератора. Это применимо, в частности, если используемое альтернативно или дополнительно охлаждающее средство имеет более низкую температуру среды, чем хладагент.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления приводного блока согласно изобретению, можно предусмотреть возможность проведения рабочей среды через высокотемпературную сторону ТЭГ. В таком случае охлаждение низкотемпературной стороны термоэлектрического генератора может осуществляться, в частности, посредством отличного от рабочей среды охлаждающего средства, в частности, посредством хладагента, использующегося также для охлаждения во втором теплообменнике циклического устройства, и/или посредством целенаправленно подводимого окружающего воздуха. Такой вариант осуществления приводного устройства по изобретению базируется, в частности, на использовании еще относительно высокой температуры рабочей среды для создания как можно большей разности температур между высокотемпературной стороной и низкотемпературной стороной ТЭГ. Для этого ТЭГ, соответственно, его высокотемпературная сторона могут быть размещены относительно направления течения рабочей среды предпочтительно либо ниже по потоку от расширительного устройства и выше по потоку от второго теплообменника, либо ниже по потоку от первого теплообменника и выше по потоку от расширительного устройства, соответственно, могут быть встроены в контур для рабочей среды циклического устройства.

При этом первая из этих альтернативных конфигураций основана на предположении, что температура рабочей среды также после расширительного устройства является еще достаточно высокой для создания для ТЭГ предпочтительно высокой разности температур между высокотемпературной стороной и низкотемпературной стороной. Одновременно можно ограничить охлаждение и, в частности, конденсацию рабочей среды во втором теплообменнике циклического устройства. Благодаря размещению ТЭГ ниже по потоку от расширительного устройства и выше по потоку от второго теплообменника создается дополнительная мощность охлаждения рабочей среды и, тем самым, обеспечивается поддержка для второго теплообменника, в результате чего достаточного общего охлаждения и, в частности, конденсации рабочей среды во втором теплообменнике можно достичь уже при относительно небольших габаритах второго теплообменника.

Вторую из этих альтернативных конфигураций ТЭГ или его высокотемпературной стороны можно предусмотреть, в частности, когда расчет мощности расширительного устройства предпринят не на основе ожидаемого при работе приводного блока максимального теплового потока, который может передаваться рабочей среде в первом теплообменнике циклического устройства, а на основе более низкого по сравнению с ним, в частности, среднего теплового потока, в результате чего можно достичь лучшей общей эффективности циклического устройства для всех режимов работы приводного устройства. В таком случае ТЭГ может применяться также, в частности, для того, чтобы при работе приводного устройства с тепловым потоком, превышающим поток, на который рассчитано расширительное устройство, использовать избыточное тепловыделение с помощью ТЭГ, чтобы, например, можно было обойтись без отключения питания циклического устройства во избежание перегрузки расширительного устройства. Другим преимуществом этой второй конфигурации ТЭГ можно считать еще довольно высокую температуру рабочей среды при ее протекании через высокотемпературную сторону ТЭГ и, тем самым, соответственно высокую разность температур между этой высокотемпературной стороной и низкотемпературной стороной. Это выгодно сказывается на электрической мощности, обеспечиваемой ТЭГ.

В одном варианте осуществления приводного блока согласно изобретению можно также предусмотреть возможность проведения рабочей среды через низкотемпературную сторону ТЭГ. Это может служить, в частности, для того, чтобы тепловой поток, который в результате охлаждения низкотемпературной стороны ТЭГ рабочей средой был передан на циклическое устройство, с успехом использовать для осуществления циклического процесса в циклическом устройстве. Для этого особенно предпочтительно можно предусмотреть, чтобы ТЭГ или его низкотемпературная сторона были расположены относительно направления течения рабочей среды ниже по потоку от второго теплообменника и выше по потоку от первого теплообменника. Таким образом, в этом случае рабочая среда будет подогреваться посредством ТЭГ еще до входа в первый теплообменник и, тем самым, будет предоставлять вспомогательную (поддерживающую) мощность для этого первого теплообменника. Благодаря этому можно достичь относительно высокой полезной мощности, создаваемой циклическим устройством. В то же время относительно высокую полезную мощность можно генерировать посредством ТЭГ. Для этой цели также предпочтительно можно предусмотреть, чтобы отработанный газ напрямую обтекал высокотемпературную сторону ТЭГ и/или протекал через нее, чтобы создать как можно более высокую разность температур между высокотемпературной и низкотемпературной сторонами ТЭГ.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления приводного блока согласно изобретению можно предусмотреть, чтобы первый теплообменник и ТЭГ были конструктивно объединены в один теплообменный блок. Это позволяет сконфигурировать приводной блок максимально компактно.

Для такой интегральной конфигурации можно предусмотреть, в частности, чтобы в теплообменном блоке предусмотренный для протекания рабочей среды канал рабочей среды первого теплообменника расположен между, с одной стороны, каналом отработанного газа, предусмотренным для протекания через него отработанного газа, и высокотемпературной стороной ТЭГ, с другой стороны. Таким образом, рабочая среда, текущая в канале рабочей среды, может служить в качестве теплового демпфера для высокотемпературной стороны ТЭГ, благодаря чему ее можно защитить от временных температурных пиков отработанного газа, которые могут негативно влиять на его срок службы.

С точки зрения конструктивного решения такой теплообменный блок предпочтительно можно образовать так, чтобы канал рабочей среды окружал по периметру канал отработанного газа, а высокотемпературная сторона термоэлектрического генератора окружала по периметру, соответственно, ограничивала канал рабочей среды. Далее, в таком случае предпочтительно можно предусмотреть, чтобы низкотемпературная сторона и, в частности, ее канал охлаждения, который предназначен для протекания через него охлаждающего средства, окружал по периметру высокотемпературную сторону ТЭГ.

Под автомобилем согласно изобретению имеется в виду, в частности, колесное, а не рельсовое транспортное средство, предпочтительно легковой или грузовой автомобиль. При этом по меньшей мере силовая установка предлагаемого изобретением приводного блока автомобиля предпочтительно предусмотрена для прямого или косвенного обеспечения приводной мощности для автомобиля.

Далее изобретение подробнее поясняется на примерах осуществления, представленных на чертежах. На чертежах в упрощенном виде показано:

фиг.1: автомобиль с приводным блоком по изобретению, фиг.2: приводной блок по изобретению в соответствии с первым примером осуществления, фиг.3: приводной блок по изобретению в соответствии со вторым примером осуществления, фиг.4: приводной блок по изобретению в соответствии с третьим примером осуществления, фиг.5: приводной блок по изобретению в соответствии с четвертым примером осуществления и фиг.6: вид в сечении теплообменного блока для приводного блока с фиг.5.

На фиг.1 показан автомобиль согласно изобретению с приводным блоком согласно изобретению. Этот приводной блок 1 может, например, иметь конструкцию, соответствующую одному из вариантов осуществления, показанных на фиг.2-5.

Приводные блоки 1, показанные на фиг.2-5, содержат, каждый, силовую установку с двигателем 2 внутреннего сгорания, который выполнен, например, как дизельный или бензиновый двигатель. В двигателе 2 внутреннего сгорания образована одна или несколько камер 3 сгорания, в которых при работе двигателя 2 внутреннего сгорания свежий газ (воздух) сжигается с топливом. При этом свежий газ подается в двигатель 2 внутреннего сгорания по линии свежего газа (не показана). Отработанный газ, образующийся при сгорании свежего газа вместе с топливом, выпускается из двигателя 2 внутреннего сгорания через выхлопной тракт 4 и попадают в окружающую среду. При этом отработанный газ проходит через первый теплообменник 5 циклического устройства, которое конкретно разработано как устройство парового циклического процесса.

Через первый теплообменник 5 течет, во-первых, отработанный газ, а во-вторых (отдельно от него), рабочая среда 10 циклического устройства, при этом происходит передача тепла от отработанного газа на рабочую среду. Эта теплопередача приводит к испарению и перегреву рабочей среды 10 в первом теплообменнике 5, выполненном как испаритель. В прямом цикле перегретый пар может затем расширяться в расширительном устройстве 6, при этом создается механическая мощность, которая, в свою очередь, может использоваться для генерации электроэнергии посредством генератора 7. Затем во втором теплообменнике 8 циклического устройства, служащем в качестве конденсатора, рабочая среда 10 охлаждается и снова переходит в жидкую фазу. Насос 9 циклического устройства обеспечивает новый подвод жидкой рабочей среды 10 в первый теплообменник (испаритель) 5, замыкая контур рабочей среды 10 в циклическом устройстве.

Через второй теплообменник (конденсатор) 8 помимо рабочей среды 10 протекает также (отдельно от нее) хладагент 11, например, охлаждающая жидкость, которая течет в контуре охлаждения двигателя системы 12 охлаждения силовой установки, причем при осуществлении циклического процесса в циклическом устройстве происходит передача тепла от рабочей среды 10 на хладагент 11.

Приводные блоки с фиг.2-5 содержат также термоэлектрический генератор (ТЭГ) 13, который встроен в циклическое устройство таким образом, чтобы рабочая среда 10 могла течь также и через него. Это делается для того, чтобы в результате передачи тепла между рабочей средой 10 и либо высокотемпературной стороной 14, либо низкотемпературной стороной 15 термоэлектрического генератора 13 влиять на разность температур между этими сторонами термоэлектрического генератора 13 или создавать и поддерживать такую разность температур. В результате с помощью ТЭГ 13 можно генерировать электрическую полезную мощность, которая может подаваться, например, в бортовую сеть приводного блока или в бортовую сеть автомобиля, содержащего приводной блок. Конкретные типы интеграции ТЭГ 13 в соответствующее циклическое устройство отличаются для приводных блоков 1 с фиг.2-5.

В приводном блоке 1 с фиг.2 предусмотрено, что рабочая среда 10 проводится через высокотемпературную сторону 14 ТЭГ 13. При этом ТЭГ 13 или его высокотемпературная сторона 14 расположены относительно предусмотренного направления течения рабочей среды 10 в циклическом устройстве ниже по потоку от расширительного устройства 6 и выше по потоку от второго теплообменника (конденсатора) 8. В дополнение к использованию отходящего тепла циклического устройства для создания полезной электрической мощности посредством ТЭГ 13, преимуществом этой конфигурации является то, что ТЭГ 13 предварительно охлаждает рабочую среду 10, подаваемую затем во второй теплообменник (конденсатор) 8, и тем самым способствует конденсации рабочей среды 10 во втором теплообменнике (конденсаторе) 8. Это может быть выгодно, в частности, когда хладагент, использующийся для охлаждения рабочей среды 10 во втором теплообменнике (конденсаторе) 8, представляет собой охлаждающую жидкость, которая течет в контуре охлаждения двигателя системы 12 охлаждения силовой установки и которая, тем самым, регулярно имеет относительно высокую температуру среды, что может сопровождаться относительно низкой охлаждающей способностью этого второго теплообменника (конденсатора) 8.

Охлаждающее средство 16, которое течет через и/или вокруг низкотемпературной стороны 15 ТЭГ 13, предпочтительно может представлять собой охлаждающее средство 16, отличное от охлаждающей жидкости системы 12 охлаждения, например, окружающий воздух, целенаправленно подаваемый для охлаждения низкотемпературной стороны 15 ТЭГ 13. Это охлаждающее средство 16 может предпочтительно иметь относительно низкую температуру среды по сравнению с охлаждающей жидкостью системы 12 охлаждения, что приводит к максимально возможной разности температур между высокотемпературной стороной 14 и низкотемпературной стороной 15 ТЭГ 13 и, таким образом, к максимально возможной полезной электрической мощности, которая может генерироваться посредством TEG 13.

Приводной блок 1, представленный на фиг.3, отличается от приводного блока, показанного на фиг.2, только расположением ТЭГ 13. И в этом случае высокотемпературная сторона 14 ТЭГ 13, через которую течет рабочая среда 10 циклического устройства, находится в направлении течения рабочей среды 10 ниже по потоку от первого теплообменника (испарителя) 5 и выше по потоку от расширительного устройства 6. Преимуществом такого расположения является, во-первых, то, что рабочая среда 10, текущая через высокотемпературную сторону 14 ТЭГ 13, имеет относительно высокую температуру, что ведет к соответственно высокой разности температур между высокотемпературной стороной 14 и низкотемпературной стороной 15 ТЭГ 13 и, следовательно, к соответствующей высокой полезной мощности, которую может генерировать ТЭГ 13. Кроме того, благодаря такому расположению ТЭГ 13 с его помощью можно обеспечить снижение иногда сравнительно высоких температур рабочей среды 10, которые обусловлены соответствующей высокой подачей отходящего тепла, являющегося следствием, например, работы двигателя 2 внутреннего сгорания с высокими, в частности, максимальными нагрузками и числом оборотов, до того как рабочая среда 10 достигнет расширительного устройства 6. Это может быть особенно выгодным, когда расширительное устройство 6 рассчитано на максимально возможную эффективность при довольно средней подаче отходящего тепла. Такой расчёт расширительного устройства 6 и, соответственно, циклического устройства в целом может быть выгодным, поскольку двигатели внутреннего сгорания, предусмотренные для приведения в движение автомобилей, обычно основную часть времени эксплуатируются в режиме частичной нагрузки, так что может быть целесообразным рассчитать циклическое устройство таким образом, чтобы оно обеспечивало максимально возможную эффективность использования тепла отработанного газа, предоставляемого в таком режиме неполной нагрузки.

В частности, в приводном блоке 1 с фиг.3 может быть целесообразным временно по меньшей мере частично перекрыть протекание через высокотемпературную сторону 14 ТЭГ 13, проводя по меньшей мере часть рабочей среды 10 через байпас 17 в обход ТЭГ 13. Это можно регулировать посредством соответствующего распределительного клапана 18. Благодаря этому можно по потребности регулировать количество тепловой энергии рабочей среды 10, которое используется в ТЭГ 13 для выработки полезной электрической мощности и которое поэтому больше не будет доступно для использования в расширительном устройстве 6.

Охлаждающее средство 16, которое течет через и/или вокруг низкотемпературной стороны 15 ТЭГ 13, и в этом случае предпочтительно может представлять собой охлаждающее средство 16, отличное от охлаждающей жидкости системы 12 охлаждения, например, целенаправленно подаваемый окружающий воздух. Это охлаждающее средство 16 может предпочтительно иметь относительно низкую температуру среды по сравнению с охлаждающей жидкостью системы 12 охлаждения, что может приводить к максимально возможной разности температур между высокотемпературной стороной 14 и низкотемпературной стороной 15 и, таким образом, к максимально возможной полезной электрической мощности, которая может создаваться генератором TEG 13.

В случае приводного блока 1 с фиг.4 рабочая среда 10 циклического устройства проводится через низкотемпературную сторону 15 ТЭГ 13. Напротив, через и/или вокруг высокотемпературной стороны 14 ТЭГ 13 напрямую течет отработанный газ 19. Это имеет место до того как отработанный газ 19 будет течь через первый теплообменник (испаритель) 5 циклического устройства. Это приводит, с одной стороны, к относительно высокой температуре на высокотемпературной стороне 14 ТЭГ 13 и, тем самым, к соответственно высокой разности температур между высокотемпературной стороной 14 и низкотемпературной стороной 15. Следовательно, полезная мощность, которая может быть достигнута с помощью ТЭГ 13, может быть соответственно высокой. В то же время тепловая энергия, которая передается на рабочую среду 10 на низкотемпературной стороне 15 ТЭГ 13, может с успехом использоваться для предварительного нагрева рабочей среды 10 перед ее поступлением в первый теплообменник (испаритель) 5 циклического устройства. Соответственно, согласно фиг.4 предусмотрено, что ТЭГ 13 или его низкотемпературная сторона 15 встроены в схему циклического устройства ниже по потоку от второго теплообменника (конденсатора) 8 и выше по потоку от первого теплообменника (испаритель) 5.

В случае приводного блока с фиг.5 предусмотрено интегральное образование первого теплообменника (испарителя) 5 циклического устройства и ТЭГ 13 в одном теплообменном блоке 20, в котором предусмотренный для протекания рабочей среды 10 канал 21 для рабочей среды первого теплообменника (испарителя) 5 находится между предусмотренным для протекания отработанного газа 19 каналом 22 отработанного газа, с одной стороны, и высокотемпературной стороной 14 ТЭГ 13, с другой стороны. Согласно фиг.6, для этого, в частности, может быть предусмотрено, чтобы канал 22 отработанного газа был окружен по периметру кольцевым каналом 21 для рабочей среды. При этом канал 21 рабочей среды ограничен снаружи, соответственно, по окружности высокотемпературной стороной 14 ТЭГ 13. Высокотемпературная сторона 14, в свою очередь, окружена по периметру низкотемпературной стороной 15 ТЭГ 13, при этом множество термоэлементов 23, которые соединены последовательно, образуя термоцепь, структурно соединяют высокотемпературную сторону 14 и низкотемпературную сторону 15 ТЭГ 13. Низкотемпературная сторона 15 ТЭГ факультативно может иметь канал 24 для охлаждающего средства, который также может быть выполнен кольцевым и через который может проводиться охлаждающее средство 16 для охлаждения низкотемпературной стороны 15 ТЭГ 13.

Охлаждающее средство 16, которое в случае приводного блока 1 согласно фиг.5 течет через и/или обтекает низкотемпературную сторону 15 ТЭГ 13, может предпочтительно представлять собой охлаждающее средство 16, отличное от охлаждающей жидкости системы 12 охлаждения, например, целенаправленно подаваемый окружающий воздух.

Список ссылочных позиций

1 приводной блок 2 двигатель внутреннего сгорания 3 камера сгорания двигателя внутреннего сгорания 4 выхлопной тракт 5 первый теплообменник 6 расширительное устройство 7 генератор 8 второй теплообменник 9 насос 10 рабочая среда 11 хладагент 12 система охлаждения 13 термоэлектрический генератор (ТЭГ) 14 высокотемпературная сторона термоэлектрического генератора 15 низкотемпературная сторона термоэлектрического генератора 16 охлаждающее средство 17 байпас для ТЭГ 18 распределительный клапан 19 отработанный газ 20 теплообменный блок 21 канал рабочей среды первого теплообменника 22 канал отработанного газа первого теплообменника 23 термоэлемент 24 канал охлаждающего средства

Изобретение относится к энергомашиностроению. Приводной блок (1) для автомобиля содержит силовую установку, которая содержит двигатель (2) внутреннего сгорания (ДВС), выхлопной тракт (4), через который обеспечена возможность отвода отработанного газа (19) из ДВС (2). Блок (1) содержит циклическое устройство для преобразования тепловой энергии отработанного газа (19) в термодинамическом циклическом процессе в механическую работу, причем рабочая среда (10) протекает последовательно относительно своего направления течения через первый теплообменник (5), в котором происходит передача тепла от отработанного газа (19) к рабочей среде (10), затем через расширительное устройство (6), в котором происходит расширение рабочей среды (10) и при этом совершается механическая работа, затем через второй теплообменник (8), в котором происходит передача тепла от рабочей среды (10) к хладагенту (11). Термоэлектрический генератор (13), который при разнице температур между высокотемпературной стороной (14) и низкотемпературной стороной (15) предоставляет электрическое напряжение. Рабочая среда (10) циклического устройства является направляемой также через упомянутую высокотемпературную сторону (14). Охлаждение низкотемпературной стороны (15) термоэлектрического генератора (13) осуществляется посредством отличного от рабочей среды (10) охлаждающего средства. Также раскрыт автомобиль с приводным блоком. Технический результат заключается в повышении эффективности (КПД) использования отходящего тепла. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Приводной блок (1) для автомобиля, содержащий

силовую установку, которая содержит двигатель (2) внутреннего сгорания, а также выхлопной тракт (4), через который обеспечена возможность отвода отработанного газа (19) из двигателя (2) внутреннего сгорания;

циклическое устройство для преобразования тепловой энергии отработанного газа (19) в термодинамическом циклическом процессе в механическую работу, причем рабочая среда (10) протекает последовательно относительно своего направления течения:

- через первый теплообменник (5), в котором происходит передача тепла от отработанного газа (19) к рабочей среде (10),

- затем через расширительное устройство (6), в котором происходит расширение рабочей среды (10) и при этом совершается механическая работа, и

- затем через второй теплообменник (8), в котором происходит передача тепла от рабочей среды (10) к хладагенту (11);

термоэлектрический генератор (13), который при разнице температур между высокотемпературной стороной (14) и низкотемпературной стороной (15) предоставляет электрическое напряжение,

причем рабочая среда (10) циклического устройства является направляемой также через упомянутую высокотемпературную сторону (14),

отличающийся тем, что охлаждение низкотемпературной стороны (15) термоэлектрического генератора (13) осуществляется посредством отличного от рабочей среды (10) охлаждающего средства.

2. Приводной блок (1) по п.1, отличающийся тем, что хладагент (11) является направляемым также через низкотемпературную сторону (15) термоэлектрического генератора (13).

3. Приводной блок (1) по п.1 или 2, отличающийся тем, что хладагент (11) представляет собой охлаждающую жидкость системы (12) охлаждения указанной силовой установки.

4. Приводной блок (1) по одному из предыдущих пунктов, отличающийся байпасом (17) для рабочей среды (10) для осуществляемого при необходимости обхода термоэлектрического генератора (13).

5. Приводной блок (1) по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что термоэлектрический генератор (13) расположен относительно направления течения рабочей среды (10) ниже по потоку от расширительного устройства (6) и выше по потоку от второго теплообменника (8).

6. Приводной блок (1) по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что термоэлектрический генератор (13) расположен относительно направления течения рабочей среды (10) ниже по потоку от первого теплообменника (5) и выше по потоку от расширительного устройства (6).

7. Приводной блок (1) по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что первый теплообменник (5) и термоэлектрический генератор (13) выполнены интегрально в одном теплообменном блоке (20).

8. Приводной блок (1) по п.7, отличающийся тем, что в теплообменном блоке (20) предусмотренный для протекания рабочей среды (10) канал (21) рабочей среды первого теплообменника (5) расположен между предусмотренным для протекания отработанного газа (19) каналом (22) отработанного газа, с одной стороны, и высокотемпературной стороной (14) термоэлектрического генератора (13), с другой стороны.

9. Приводной блок (1) по п.8, отличающийся тем, что канал (21) рабочей среды окружает по периметру канал (22) отработанного газа, а высокотемпературная сторона (14) термоэлектрического генератора (13) окружает по периметру канал (21) рабочей среды.

10. Приводной блок (1) по п.9, отличающийся тем, что низкотемпературная сторона (15) окружает по периметру высокотемпературную сторону (14) термоэлектрического генератора (13).

11. Автомобиль с приводным блоком (1) по одному из предыдущих пунктов.