CN103334819A - 汽车尾气的余热回收利用装置 - Google Patents

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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(10)，内装相变蓄热材料(32)的蓄热兼换热器(7)，二者之间的导热油(14)为循环导热工质；蓄热兼换热器(7)通过内装的换热单元，以不同的导热工质、不同的循环管路对外传输热量并循环用于加热目的物，并进行集中调控；能顺利完成机动车低温启动，并能极大的减轻发动机低温启动时产生的磨损；节能环保，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

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℃，因此，尾气排放中排掉了大量的余热，这种余热来源于燃油消耗，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、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： 
针对汽车尾气余热的属性，采用集热、蓄热、换热利用相结合，配置专门传热工质的传输循环系统，并且主要用于汽车——尤其是柴油车的低温启动，能克服现有电加热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的问题，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： 
汽车尾气的余热回收利用装置，包括有外保温的集热器、蓄热兼换热器，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、出接口，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，集热壳体上装有用于导热油循环并对外传输热量的第一进口、第一出口；蓄热兼换热器的具体结构为，具有壳体，其内充满相变蓄热材料，并装有带联锁机构的感温器，其内还装有以导热油为工质传输热量的导热管，并有配套接在壳体上的第二进口、第二出口，在集热器与蓄热兼换热器之间，具有用于导热油循环并传输热量的管路系统，壳体内还装有相互独立的换热单元，各换热单元分别有接在壳体上的进口、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。 
有益效果： 
汽车尾气的余热回收利用装置，能通过集热器有效且高效的回收汽车尾气的余热并存于蓄热兼换热器中，同时又能通过蓄热兼换热器对外输出热量用于加热目的物，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盘设在驾驶控制台上，司机在低温启动汽车时，能方便快速的选择使用；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预热的机油泵入发动机的主油道并进入各磨擦副，建立起油压，因此，不仅能有利于节约能源，还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；节能环保，整套装置结构简单、紧凑、易制作，使用寿命长，安装使用方便，不影响原车设计，并且便于标准化、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10的结构示意图； 
图3、蓄热兼换热器7的结构示意图； 
图4、中央排气管12上装的散热片13的结构示意图； 
图5、蓄热兼换热器7的壳体31内的导热管33的结构示意图。 
具体实施方式
结合附图进一步详加说明，图中箭头示为流体介质流动的方向； 
如图1～5所示，汽车尾气的余热回收利用装置，包括有外保温的集热器、蓄热兼换热器，导热工质的热量传输、管路循环系统及调控系统，所述集热器为能装在汽车的尾气排放管中并能回收尾气余热的集热器10，其具体结构为，具有带中央排气管12的集热壳体11，中央排气管12的两端分别具有尾气进、出接口，用以将集热器10方便的装在汽车尾气的排放管中，位于集热壳体11内的中央排气管12的外壁上具有散热片13，集热壳体11内充满导热油14，集热壳体11上装有用于导热油14循环并对外传输热量的第一进口29、第一出口30；蓄热兼换热器7的具体结构为，具有壳体31，其内充满相变蓄热材料32，并装有带联锁机构的感温器50，其内还装有以导热油14为工质传输热量的导热管33，并有配套接在壳体31上的第二进口34、第二出口35，在集热器10与蓄热兼换热器7之间，具有用于导热油14循环并传输热量的管路系统，壳体31内还装有相互独立的换热单元，各换热单元分别有接在壳体31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。 
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，所述用于导热油14循环并传输热量的管路系统的结构为，在集热器10的第一出口30与蓄热兼换热器7的第二进口34之间装有第一单向阀15；在蓄热兼换热器7的第二出口35与集热器10的第一进口29之间先后依次装有第一电磁阀17和第一齿输泵16。 
如图1所示，所述蓄热兼换热器7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，将壳体31内冷却水用的第一换热单元36的水进口通过第三电磁阀6接至发动机的节温器处冷却水出口1，第一换热单元36的水出口通过第二电磁阀5接第一两位三通阀4，其一位通过第二单向阀2接发动机的水泵进水口上的第一三通28，此路循环称为冷却水的大循环；第一两位三通阀4的另一位先后通过水泵3、第三单向阀26接与发动机体内的水冷通道连通的预留口27，此路循环称为冷却水的小循环；冷却水的大循环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36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余热，冷却水的小循环能将经第一换热单元36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； 
对机油加热的循环管路为，将壳体31内机油用的第二换热单元37的机油进口先后通过第四电磁阀52、第二齿轮泵21接发动机的机油底壳中的带滤网组件的第一油口接头22，第二换热单元37的机油出口通过第五电磁阀51接第二两位三通阀18，第二两位三通阀18的一位先后通过机油滤清器19、第四单向阀24接发动机机油散热器进口上的第三油口接头25，此路循环称为机油的大循环；第二两位三通阀18的另一位通过第三单向阀20接发动机的机油底壳中的带滤网组件的第二油口接头23，此路循环称为机油的小循环；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37进行预热，之后再以机油的大循环将预热后的机油并经第二换热单元(37)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，从而能极大的减轻发动机低温启动的磨损，提高其使用寿命，同时机油的大循环，还能在特殊情况下，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37进行余热回收并热量储存待用； 
对燃油加热的循环管路为，将壳体31内燃油用的第三换热单元38的燃油进口通过第三齿轮泵41接油箱46的出油管上的第二三通40，第三换热单元38的燃油出口接第三两位三通阀42，其一位接油箱46的回油管第四油口接头45，此路循环称为燃油的小循环；第三两位三通阀42的另一位，通过第五单向阀43接第四两位三通阀44，该阀串接在油箱46的出油管的供油管路中，并与第二三通40连接在一起，此路循环称为燃油的大循环；燃油的小循环能将油箱中的低温燃油泵入第三换热单元38进行预热，燃油的大循环能将经燃油的小循环预热后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，有利于低温启动发动机； 
对空气加热的循环管路为，将壳体31内空气用的第四换热单元39的空气进口通过风机47吸入冷空气，第四换热单元39的空气出口则接入驾驶室或车厢48，将冷空气预热后取暖。 
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，并配置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。冷却水也可以是冷却液。 
如图4所示：集热器10内的中央排气管12的外壁上具有的散热片13的结构为，如图(a)中所示为螺旋片型，螺旋片依中央排气管12的轴向螺旋式焊接在中央排气管12的外壁上，或者如图(b)中所示为刺片型，刺片依中央排气管12的轴向及周向规则间布式焊接在中央排气管12的外壁上。 
如图5所示，蓄热兼换热器7内装的导热管33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。 
蓄热兼换热器7内装的换热单元的结构，也如图5中所示，为螺旋管型，或为蛇管型；各换热单元的结构相同或者不同。 
如图1所示，蓄热兼换热器7中还装有感温器50和电加热器8，感温器50同时与第一齿轮泵16及第一电磁阀17相互联锁在一起；当蓄热兼换热器7中温度达到预设定温度时，感温器50动作同时自动关闭第一电磁阀17及停止第一齿轮泵16的运转；所述预设定最高温度为100℃；电加热器8为备用热源，机动车长期停运后，开启电加热器8提供热量解决低温启动；两位三通阀均为电控。 
所述调控系统为，蓄热兼换热器7中装有带联锁机构的感温器50，依据预设定温度，同时自动控制第一齿轮泵16及第一电磁阀17的运行；对两位三通阀、电磁阀及齿轮泵进行集中控制，并依需对加热目的物进行选择，并调控相应的独立循环管路的运行；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。49示为发动机的尾气排放口； 
应用时(低温下启动发动机) 
1、首先检查蓄热兼换热器7中的温度是否正常； 
2、可同时启动冷却水、机油、燃油及暖风，冷却水一直以小循环运行；机油、燃油先小循环后大循环运行，冷却水温达一定高度后，且机油压力已建立，启动发动机，之后停止冷却水、机油预热； 
3、发动机运转10分钟左右，停止燃油加热即可。 
导热油14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，最高使用温度300～345℃，凝固点小于-20℃、小于-35℃。 
相变蓄热材料32选用北京正凯宏业科技有限责任公司产品ESM-56，相变温度56-68℃，许可温度130℃。 

Claims (10)

1.汽车尾气的余热回收利用装置，包括有外保温的集热器、蓄热兼换热器，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、出接口，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，集热壳体上装有用于导热油循环并传输热量的第一进口、第一出口；蓄热兼换热器的具体结构为，具有壳体，其内充满相变蓄热材料，并装有带联锁机构的感温器，其内还装有以导热油为工质传输热量的导热管，并有配套接在壳体上的第二进口、第二出口，在集热器与蓄热兼换热器之间，具有用于导热油循环并传输热量的管路系统，壳体内还装有相互独立的换热单元，各换热单元分别有接在壳体上的进口、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。
2.根据权利要求1所述的汽车尾气的余热回收利用装置，其特征在于：所述蓄热兼换热器(7)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，将壳体(31)内冷却水用的第一换热单元(36)的水进口通过第三电磁阀(6)接至发动机的节温器处冷却水出口(1)，第一换热单元(36)的水出口通过第二电磁阀(5)接第一两位三通阀(4)，其一位通过第二单向阀(2)接发动机的水泵进水口上的第一三通(28)，此路循环称为冷却水的大循环；第一两位三通阀(4)的另一位先后通过水泵(3)、第三单向阀(26)接与发动机体内的水冷通道连通的预留口(27)，此路循环称为冷却水的小循环；
对机油加热的循环管路为，将壳体(31)内机油用的第二换热单元(37)的机油进口先后通过第四电磁阀(52)、第二齿轮泵(21)接发动机的机油底壳中的带滤网组件的第一油口接头(22)，第二换热单元(37)的机油出口通过第五电磁阀(51)接第二两位三通阀(18)，第二两位三通阀(18)的一位先后通过机油滤清器(19)、第四单向阀(24)接发动机机油散热器进口上的第三油口接头(25)，此路循环称为机油的大循环；第二两位三通阀(18)的另一位通过第三单向阀(20)接发动机的机油底壳中的带滤网组件的第二油口接头(23)，此路循环称为机油的小循环；
对燃油加热的循环管路为，将壳体(31)内燃油用的第三换热单元(38)的燃油进口通过第三齿轮泵(41)接油箱(46)的出油管上的第二三通(40)，第三换热单元(38)的燃油出口接第三两位三通阀(42)，其一位接油箱(46)的回油管第四油口接头(45)，此路循环称为燃油的小循环；第三两位三通阀(42)的另一位，通过第五单向阀(43)接第四两位三通阀(44)，该阀串接在油箱(46)的出油管的供油管路中，并与第二三通(40)连接在一起，此路循环称为燃油的大循环；
对空气加热的循环管路为，将壳体(31)内空气用的第四换热单元(39)的空气进口通过风机(47)吸入冷空气，第四换热单元(39)的空气出口则接入驾驶室或车厢(48)。
3.根据权利要求1或2所述的汽车尾气的余热回收利用装置，其特征在于：所述用于导热油(14)循环并传输热量的管路系统的结构为，在集热器(10)的第一出口(30)与蓄热兼换热器(7)的第二进口(34)之间装有第一单向阀(15)；在蓄热兼换热器(7)的第二出口(35)与集热器(10)的第一进口(29)之间先后依次装有第一电磁阀(17)和第一齿输泵(16)。
4.根据权利要求1或2所述的汽车尾气的余热回收利用装置，其特征在于：所述调控系统为，蓄热兼换热器(7)中装有带联锁机构的感温器(50)，依据预设定温度，同时自动控制第一齿轮泵(16)及第一电磁阀(17)的运行；对两位三通阀、电磁阀及齿轮泵进行集中控制，并依需对加热目的物进行选择，调控相应的独立循环管路的运行；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。
5.根据权利要求3所述的汽车尾气的余热回收利用装置，其特征在于：所述调控系统为，蓄热兼换热器(7)中装有感温器(50)，依据预设定温度，同时自动控制第一齿轮泵(16)及第一电磁阀(17)的运行；对两位三通阀、电磁阀及齿轮泵进行集中控制，并依需对加热目的物进行选择，调控相应的独立循环管路的运行；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。
6.根据权利要求1或2所述的汽车尾气的余热回收利用装置，其特征在于：集热器(10)内的中央排气管(12)的外壁上具有的散热片(13)的结构为螺旋片型，螺旋片依中央排气管(12)的轴向螺旋式焊接在中央排气管(12)的外壁上，或者为刺片型，刺片依中央排气管(12)的轴向及周向规则间布式焊接在中央排气管(12)的外壁上。
7.根据权利要求3所述的汽车尾气的余热回收利用装置，其特征在于：集热器(10)内的中央排气管(12)的外壁上具有的散热片(13)的结构为螺旋片型，螺旋片依中央排气管(12)的轴向螺旋式焊接在中央排气管(12)的外壁上，或者为刺片型，刺片依中央排气管(12)的轴向及周向规则间布式焊接在中央排气管(12)的外壁上。
8.根据权利要求4所述的汽车尾气的余热回收利用装置，其特征在于：集热器(10)内的中央排气管(12)的外壁上具有的散热片(13)的结构为螺旋片型，螺旋片依中央排气管(12)的轴向螺旋式焊接在中央排气管(12)的外壁上，或者为刺片型，刺片依中央排气管(12)的轴向及周向规则间布式焊接在中央排气管(12)的外壁上。
9.根据权利要求5所述的汽车尾气的余热回收利用装置，其特征在于：集热器(10)内的中央排气管(12)的外壁上具有的散热片(13)的结构为螺旋片型，螺旋片依中央排气管(12)的轴向螺旋式焊接在中央排气管(12)的外壁上，或者为刺片型，刺片依中央排气管(12)的轴向及周向规则间布式焊接在中央排气管(12)的外壁上。
10.根据权利要求1或2所述的汽车尾气的余热回收利用装置，其特征在于：蓄热兼换热器(7)内装的导热管(33)的结构为螺旋管型或蛇管型；蓄热兼换热器(7)中还装有备用热源电加热器(8)。
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