CN103291426B - 一种汽车尾气的余热回收利用装置 - Google Patents

Abstract

一种汽车尾气的余热回收利用装置，属于余热回收利用技术领域，主要是回收汽车尾气的余热用于汽车——尤其是大型柴油车的低温启动；具有能装在尾气排放管上的集热器(6)、内装相变蓄热材料(49)的蓄热器(11)以及换热器(22)，并有以导热油(50)为导热工质的第一管路系统，能依需实现不同的循环模式；换热器(22)通过内装的换热单元，能以不同导热工质及不同的循环管路对外传输热量，并能极大的减轻发动机低温启动时产生的磨损；节能环保，传输热量，用于加热目标物，并进行集中调控；能顺利完成机动车低温启动，易制作、成本低，安装使用方便，不影响原车设计，便于标准化、产业化生产。

Description

一种汽车尾气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，涉及一种汽车尾气的余热回收利用装置。

背景技术

汽车排放的尾气，其温度可高达250℃以上，因此尾气排放时，同时排掉了大量的余热，这种余热均来源于燃油消耗，而且总量巨大，因此即消耗了能源，又不利于环保；鉴于汽车运行的特殊性、特定性，其尾气排放的间断性、不确定及不稳定性，使得对汽车尾气的余热如何回收利用显得茫然，并且至今也未见有汽车尾气的余热回收利用技术面世。

发明内容

解决的技术问题：

采用集热、蓄热、换热利用相结合，配置专门导热工质的传输循环系统，回收利用汽车尾气的余热，并用于汽车——尤其是柴油车的低温启动，能克服现有电加热方式解决汽车低温启动存在的不足，如：耗电，并且仅限于预热燃油；即能回收汽车尾气的余热，用以解决汽车的低温启动问题，还能极大的减轻汽车低温启动时发动机产生的磨损，即节能又环保。

采用的技术方案：

一种汽车尾气的余热回收利用装置，包括有外保温的集热器、蓄热器及换热器，还包括导热工质的热量传输、管路循环系统及调控系统，其特征在于：集热器为能配装在汽车的尾气排放管中并能回收尾气余热的集热器，其具体结构为，具有带中央排气管的集热壳体，中央排气管的两端分别具有尾气进口、出口，位于集热壳体内的中央排气管的外壁上具有散热片，集热壳体内充满导热油，集热壳体上还装有导热油的第一进口、第一出口，导热油能通过第一进口和第一出口循环并对外传输热量；能储存热量并能对外供热的蓄热器的具体结构为，具有蓄热壳体，其内装有以导热油为工质传输热量的导热管，并有配套接在蓄热壳体上的第二进口、第二出口，导热油能通过第二进口和第二出口经导热管循环，蓄热壳体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；能进行热交换的换热器的具体结构为，具有换热壳体，其内装有相互独立的换热单元，各换热单元分别有接在换热壳体上的进口、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独立的换热单元内循环，并通过循环管路对外传输热量用于加热目的物，换热壳体内充满导热油，并装有带联锁机构的温度传感器，换热壳体上装有用于导热油循环并传输热量的第三进口、第三出口，在集热器、蓄热器及换热器之间，装有配套的用于导热油循环，并传输热量的 第一管路系统，通过第一管路系统，导热油能分别于集热器与蓄热器之间、蓄热器与换热器之间、集热器与换热器之间进行独立循环，还能独立进行集热器到蓄热器、再到换热器、再回到集热器的循环，导热油的各循环分别具有相应的循环路径，并且各循环之间能依需要相互转换。

有益效果： 

一种汽车尾气的余热回收利用装置，对于汽车尾气的余热，通过集热器能有效且高效的回收，并能通过蓄热器储存热量，然后通过换热器再将热量传输给加热目的物，如冷却水、机油、燃油及空气，以及加热生活用水等；调控系统的集中控制，第一管路系统的合理配制，使得集热、蓄热、换热三者之间方便、巧妙的协调、配合，更有利于方便、合理的利用热量，换热器中的各换热单元及其相应的导热工质的循环及对外传输热量，能使司机方便快速的选择加热目的物，并能顺利完成机动车的低温启动；由于设置独立的蓄热器，因此能对汽车尾气的余热进行高温大热量的回收储存，完全能替代电加热，机动车——尤其是柴油车低温启动时，通过机油的大循环能将经换热器预热的机油泵入发动机的主油道并进入各摩擦副，建立起油压，因此，能极大的减轻发动机的启动磨损，从而延长发动机的使用寿命，也为司机解除了低温启动的烦恼；节能环保，结构简单、原材料易解决，成本低，使用寿命长；安装、使用方便，不影响原车设计，同时便于标准化、产业化生产，前景可观。

附图说明

图1、总体结构示意图；

图2、集热器6的结构示意图；

图3、蓄热器11的结构示意图；

图4、换热器22的结构示意图；

图5、集热壳体51内装的散热片53的结构示意图；

图6、蓄热壳体56内装的导热管57的结构示意图。

具体实施方式

结合附图进一步详加说明；图中1-发动机的排尾气口；2-尾气催化剂处理器；5-连接卡；图中箭头示为流体介质流动的方向；

如图1～6所示，一种汽车尾气的余热回收利用装置，包括有外保温的集热器、蓄热器、换热器、导热工质的传输、管路循环系统及调控系统，所述集热器为能配装在汽车尾气排放管中并能回收尾气余热的集热器6，其具体结构为，具有带中央排气管52的集热壳体51，中央排气管52的两端分别具有尾气进口、出口，用以方便的将集热器6装在汽车尾气的排放管中，位于集热壳体51内的中央排气管52的外壁上具有散热片53，集热壳体51内充满导热油50，集热壳体51上装有导热油循环并对外传输热量的第一进口54、第一出口55，导热油50能通过第一进口54、第一出口55循环并对外传输热量；能储存热量并能对外供热的蓄热器11的具体结构为，具有蓄热壳体56，其内装有以导 热油50为工质传输热量的导热管57，并有配套接在蓄热壳体56上的第二进口58、第二出口59，导热油50能通过第二进口58及第二出口59经导热管57循环，蓄热壳体56内充满用于储存热量并对外供热的相变蓄热材料49，并装有带联锁机构的感温器12；能进行热交换的换热器22的具体结构为，具有换热壳体60，其内装有相互独立的换热单元，各换热单元分别有接在换热壳体60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、出口和相应独立的循环管路在相应独立的换热单元内循环，并通过循环管路对外传输热量用于加热目的物，换热壳体60内充满导热油50，并装有带联锁机构的温度传感器64，换热壳体60上装有用于导热油50循环并传输热量的第三进口62、第三出口63；在集热器6、蓄热器11及换热器22之间，装有配套的用于导热油50循环并传输热量的第一管路系统，通过第一管路系统，导热油50能分别于集热器6与蓄热器11之间、蓄热器11与换热器22之间、集热器6与换热器22之间进行独立循环，还能独进行集热器6到蓄热器11、再到换热器22，再回到集热器6的循环，导热油50的各循环分别具有相应的循环路径，并且各循环之间能方便地依需要相互转换；

所述各换热单元内的导热工质，一般均为相应的加热目的物。

如图1所示，所述第一管路系统的结构为，在蓄热器11的第二出口59与换热器22的第三进口62之间，通过管路依次装有第一电磁阀16、第一三通17、第一齿轮泵20、第一两位三通阀21；在蓄热器11的第二进口58与换热器22的第三出口63之间通过管路依次装有第二单向阀10、第二两位三通阀9、第二三通8、第三两位三通阀18、第一单向阀19；集热器6的第一进口54通过第三三通4接第一两位三通阀21、同时第三三通4接第三两位三通阀18，集热器6的第一出口55通过第三单向阀7接第二三通8。

如图1所示，所述换热器22内的换热单元用于加热目的物的各相应的独立循环管路的结构为：对冷却水加热的循环管路为，将换热壳体60内冷却水用的第一换热单61的水进口通过第二电磁阀43接至发动机的节温器处冷却水出口44，第一换热单元61的水出口通过第三电磁阀47接第六两位三通阀46，其一位通过第四单向阀40接发动机的水泵进水口上的第四三通48，此路循环实际上是从发动机的原冷却水循环系统中抽出部分热水，不经水冷却器而直接去第一换热单元61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，专用于特殊情况时，回收并储存冷却水的余热，此路循环称为冷却水的大循环；第六两位三通阀46的另一位先后通过水泵42、第五单向阀45接与发动机机体内水冷通道连通的预留口41，此路循环能将经第一换热单元61预热后的冷却水直接泵入发动机，用以提高发动机机体的整体温度，利于低温启动发动机，此路循环称为冷却水的小循环；换热器22中预设定最高温度为100℃，温度传感器64与第三电磁阀47、第二电磁阀43及水泵42联锁。

对机油加热的循环管路为，将换热壳体60内机油用的第二换热单元13的机油进口先后通过第四电磁阀65、第二齿轮泵34接发动机的机油底壳中的带滤网组件的第一油口接头35，第二换热单元13的机油出口通过第五电磁阀66接第五两位三通阀32，第 五两位三通阀32的一位先后通过机油滤清器39、第六单向阀37接发动机机油散热器进口上的第三油口接头38，此路循环能将经机油的小循环经第二换热单元65预热后的机油直接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，从而能极大地减少发动机低温启动时的磨损，提高其使用寿命，同时，在特殊情况下，此路循环还能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13进行余热回收并热量储存待用，此路循环称为机油的大循环；第五两位三通阀32的另一位通过第七单向阀33接发动机的机油底壳中的带滤网组件的第二油口接头36，此路循环能将机油底壳中的低温存油泵入第二换热单元13进行预热，此路循环称为机油的小循环；

对燃油加热的循环管路为，将换热壳体60内燃油用的第三换热单元14的燃油进口通过第三齿轮泵26接油箱31的出油管上的第五三通28，第三换热单元14的燃油出口接第四两位三通阀25，其一位接油箱31的回油管第四油口接头29，此路循环能将油箱31中的低温燃油泵入第三换热单元14进行预热，此路循环称为燃油的小循环；第四两位三通阀25的另一位，通过第八单向阀27接第七两位三通阀30，该阀串接在油箱31的出油管的供油管路中，并与第五三通28连接在一起，此路循环能将油箱31中经燃油的小循环已被预热的燃油提前泵入燃油供油管路系统，对供油管路系统进行预热，有利于启动发动机，此路循环称为燃油的大循环；

对空气加热的循环管路为，将换热壳体60内空气用的第四换热单元15的空气进口通过风机23吸入空气，第四换热单元15的空气出口则接入驾驶室或车厢24，此路循环能将冷空气通过第四换热单元15预热后再排出去，进行取暖。

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，并配制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。所述冷却水也可为冷却液。

如图5所示，集热壳体51内的中央排气管52的外壁上具有的散热片53的结构为，如图(a)所示为螺旋片型，螺旋片依中央排气管52的轴向螺旋式焊接在中央排气管52的外壁上，或者如图(b)所示为刺片型，刺片依中央排气管52的轴向及周向规则间布式焊接在中央排气管52的外壁上。 

如图6所示，蓄热壳体56内装的导热管57的结构为，如图(c)中所示为螺旋管型，或者如图(d)中所示为蛇管型。

换热器22内装的换热单元的结构，也如图6中所示，为螺旋管型或蛇管型；各换热单元的结构相同或者不同。

所述调控系统含三方面内容，一是蓄热器11内装有的相变蓄热材料49中装有能联锁并同时自控第一电磁阀16及第一齿轮泵20运行的感温器12，当相变蓄热材料49的温度达到预设定温度时，能自动停止导热油50继续对相变蓄热材料49的加热升温；还有换热器22内装有的温度传感器64及其联锁机构；二是导热油50于第一管路系统中，在第一齿轮泵20的作用下，依需要分别独立运行不同的循环路径的调控，通过逻辑控制电路集中调控第一齿轮泵20的开停、第一、二、三两位三通阀21、9、18的变位及第一电磁阀16的开闭；三是依需对加热目的物进行选择并加热的调控，通过逻辑控制电路集中调控各加热目的物在相应的独立循环管路的运行，依需实现对各加热目的物的加热；相应的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性开关、指示灯及温度指示器。两位三通阀均为电控阀门。

如图1所示，换热器22内还装有在特殊情况下，以车电源对换热壳体60内的导热油50进行加热的电加热器3。

所述导热油50的各循环具有的相应的循环路径如下：

集热器6与蓄热器11之间：

集热器6→第三单向阀7→第二三通8→第二两位三通阀9→第二单向阀10→蓄热器11的第二进口58→导热管57→蓄热器11的第二出口59→第一电磁阀16→第一三通17→第一齿轮泵20→第一两位三通阀21→第三三通4→集热器6；

蓄热器11与换热器22之间：

蓄热器11→第一电磁阀16→第一三通17→第一齿轮泵20→第一两位三通阀21→第三进口62→换热器22→第三出口63→第一单向阀19→第三两位三通阀18→第二三通8→第二两位三通阀9→第二单向阀10→蓄热器11；

集热器6与换热器22之间：

集热器6→第三单向阀7→第二三通8→第二两位三通阀9→第→三通17→第一齿轮泵20→第一两位三通阀21→第三进口62→换热器22→第三出口63→第一单向阀19→第三两位三通阀18→第三三通4→集热器6；

集热器6到蓄热器11，再到换热器22，再回到集热器6：

集热器6→第三单向阀7→第二三通8→第二两位三通阀9→第二单向阀10→蓄热器11→第一电磁阀16→第一三通17→第一齿轮泵20→第一两位三通阀21→换热器22→第一单向阀19→第三两位三通阀18→第三三通4→集热器6。

应用时：(低温下启动机动车)

1、首先查看蓄热器11及换热器22中的温度指示，之后起动换热器22与蓄热器11之间的循环； 

2、当换热器22中的温度升起后，随后启动冷却水、机油、燃油及空气各加热目的物的循环管路，对于机油、燃油均应先进行其小循环，之后再进行大循环，对于冷却水应一直进行小循环，当冷却水温达到一定温度，且机油压力已建立，启动发动机之后，停止冷却水、机油预热，发动机运转10分钟左右，停止燃油预热，并可启动集热器6→ 蓄热器11的循环。冬季长时间车停运，可以电加热器3供热。

蓄热器11中的预设最高温度为150℃，换热器22中预设最高温度为100℃。

导热油50选用北京燕欣联石油化工有限公司生产的导热油YD300-YD-350系列产品，其最高使用温度为300-345℃，凝固点为小于-20℃、小于-35℃。

相变蓄热材料49选用上海锦昊科技有限责任公司产品ESM-80-120#，相变温度80-120℃，相变潜热值620-400kj/kg·℃，许可温度150-250℃。

Claims (4)

1.一种汽车尾气的余热回收利用装置，包括有外保温的集热器、蓄热器及换热器，还包括导热工质的热量传输、管路循环系统及调控系统，其特征在于：集热器为能配装在汽车的尾气排放管中并能回收尾气余热的集热器，其具体结构为，具有带中央排气管的集热壳体，中央排气管的两端分别具有尾气进口、出口，位于集热壳体内的中央排气管的外壁上具有散热片，集热壳体内充满导热油，集热壳体上还装有导热油的第一进口、第一出口，导热油能通过第一进口和第一出口循环并对外传输热量；能储存热量并能对外供热的蓄热器的具体结构为，具有蓄热壳体，其内装有以导热油为工质传输热量的导热管，并有配套接在蓄热壳体上的第二进口、第二出口，导热油能通过第二进口和第二出口经导热管循环，蓄热壳体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；能进行热交换的换热器的具体结构为，具有换热壳体，其内装有相互独立的换热单元，各换热单元分别有接在换热壳体上的进口、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独立的换热单元内循环，并通过循环管路对外传输热量用于加热目的物，并装有带联锁机构的温度传感器，换热壳体内充满导热油，换热壳体上装有用于导热油循环并传输热量的第三进口、第三出口，在集热器、蓄热器及换热器之间，装有配套的用于导热油循环，并传输热量的第一管路系统，通过第一管路系统，导热油能分别于集热器与蓄热器之间、蓄热器与换热器之间、集热器与换热器之间进行独立循环，还能独立进行集热器到蓄热器、再到换热器、再回到集热器的循环，导热油的各循环分别具有相应的循环路径，并且各循环之间能依需要相互转换。

2.根据权利要求1所述的一种汽车尾气的余热回收利用装置，其特征在于：所述第一管路系统的结构为，在蓄热器(11)的第二出口(59)与换热器(22)的第三进口(62)之间，通过管路依次装有第一电磁阀(16)、第一三通(17)、第一齿轮泵(20)、第一两位三通阀(21)；在蓄热器(11)的第二进口(58)与换热器(22)的第三出口(63)之间通过管路依次装有第二单向阀(10)、第二两位三通阀(9)、第二三通(8)、第三两位三通阀(18)、第一单向阀(19)；集热器(6)的第一进口(54)通过第三三通(4)接第一两位三通阀(21)、同时第三三通(4)接第三两位三通阀(18)，集热器(6)的第一出口(55)通过第三单向阀(7)接第二三通(8)。

3.根据权利要求1或2所述的一种汽车尾气的余热回收利用装置，其特征在于：所述换热器(22)内的换热单元用于加热目的物的各相应的独立循环管路的结构为：对冷却水加热的循环管路为，将换热壳体(60)内冷却水用的第一换热单元(61)的水进口通过第二电磁阀(43)接至发动机的节温器处冷却水出口(44)，第一换热单元(61)的水出口通过第三电磁阀(47)接第六两位三通阀(46)，其一位通过第四单向阀(40)接发动机的水泵进水口上的第四三通(48)，此路循环称为冷却水的大循环；第六两位三 通阀(46)的另一位先后通过水泵(42)、第五单向阀(45)接与发动机机体内水冷通道连通的预留口(41)，此路循环称为冷却水的小循环，能将经第一换热单元(61)预热后的冷却水直接泵入发动机温度传感器(64)与第三电磁阀(47)；

对机油加热的循环管路为，将换热壳体(60)内机油用的第二换热单元(13)的机油进口先后通过第四电磁阀(65)、第二齿轮泵(34)接发动机的机油底壳中的带滤网组件的第一油口接头(35)，第二换热单元(13)的机油出口通过第五电磁阀(66)接第五两位三通阀(32)，第五两位三通阀(32)的一位先后通过机油滤清器(39)、第六单向阀(37)接发动机机油散热器进口上的第三油口接头(38)，此路循环能将经机油的小循环经第二换热单元(13)预热后的机油直接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，此路循环称为机油的大循环；第五两位三通阀(32)的另一位通过第七单向阀(33)接发动机的机油底壳中的带滤网组件的第二油口接头(36)，此路循环称为机油的小循环，能将机油底壳中的低温存油泵入第二换热单元(13)进行预热；

对燃油加热的循环管路为，将换热壳体(60)内燃油用的第三换热单元(14)的燃油进口通过第三齿轮泵(26)接油箱(31)的出油管上的第五三通(28)，第三换热单元(14)的燃油出口接第四两位三通阀(25)，其一位接油箱(31)的回油管第四油口接头(29)，此路循环称为燃油的小循环，能将油箱(31)中的低温燃油泵入第三换热单元(14)进行预热；第四两位三通阀(25)的另一位，通过第八单向阀(27)接第七两位三通阀(30)，该阀串接在油箱(31)的出油管的供油管路中，并与第五三通(28)连接在一起，此路循环称为燃油的大循环，能将油箱(31)中经燃油的小循环已被预热的燃油提前泵入燃油供油管路系统，对供油管路系统进行预热；

对空气加热的循环管路为，将换热壳体(60)内空气用的第四换热单元(15)的空气进口通过风机(23)吸入空气，第四换热单元(15)的空气出口则接入驾驶室或车厢(24)，此路循环能将冷空气通过第四换热单元(15)预热后再排出去。

4.根据权利要求1或2所述的一种汽车尾气的余热回收利用装置，其特征在于：所述调控系统含三方面内容，一是蓄热器(11)内装有的相变蓄热材料(49)中装有能联锁并同时自控第一电磁阀(16)及第一齿轮泵(20)运行的感温器(12)，当相变蓄热材料(49)的温度达到预设定温度时，能自动停止导热油(50)继续对相变蓄热材料(49)的加热升温；还有换热器(22)内装有的温度传感器(64)及其联锁机构；二是导热油(50)于第一管路系统中，在第一齿轮泵(20)的作用下，依需要分别独立运行不同的循环路径的调控，通过逻辑控制电路集中调控第一齿轮泵(20)的开停、第一、二、三两位三通阀(21)、(9)、(18)的变位及第一电磁阀(16)的开闭；三是依需对加热目的物进行选择并加热的调控，通过逻辑控制电路集中调控各加热目的物在相应的独立循环管路的运行，依需实现对各加热目的物的加热；相应的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性开关、指示灯及温度指示器。