CN104632332A - 一种换热量可控的汽车尾气热回收装置及其工作方法 - Google Patents

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赵红霞
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Abstract

本发明公开了一种换热量可控的汽车尾气热回收装置及其工作方法,包括:进气管分成两路通道,一路经过排气通道与排气通道消声器连通、另一路经过换热通道与换热通道消声器连通,两路通道的输出端汇合成为排气管;所述换热通道消声器的扩张室作为换热器的气室;所述进气管两路通道的分离处设置控制阀,通过控制阀控制尾气在两通道内的流量。本发明有益效果:将换热器气室与消声器结合,减少了对排气背压的影响,使汽车发动机性能更加稳定。进气管采用双通道结构,实现了对换热量的有效控制,使其具有更广泛的应用场合;对汽车尾气的余热进行回收具有可观的经济价值和环保意义。

Description

一种换热量可控的汽车尾气热回收装置及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种汽车尾气热回收装置,尤其涉及一种换热量可控的汽车尾气热回收装置及其工作方法。
背景技术
随着我国经济的迅速发展,汽车的数量日益增多。绝大部分汽车使用燃油作为燃料,但是在燃油燃烧过程中,仅有不到30%的能量被汽车做功利用,其余能量则以摩擦、散热、尾气排放等形式浪费掉,在这些浪费掉的能量中,尾气排放带走的热量占有很大比例。随着环保问题的日益突出和国家能源战略的逐步调整,汽车节能和环保技术成为汽车技术领域的研发热点,而汽车尾气的废热回收技术也成为人们关注的焦点。
在目前的研究中,一般使用换热器对汽车尾气的废热进行回收,尾气换热器多采用管壳式结构,以水或空气作为换热媒介,主要利用方向为车内供暖。已有多个单位或个人提出了车用尾气换热器的一些结构,但是这些设计普遍存在换热效率低的问题,且换热器结构复杂,对排气背压影响较大,在一定程度上会降低汽车的机动性能;另一方面,这些设计在对尾气余热进行利用时,并没有涉及到对换热量的控制,这可能会导致一些过热情况的出现,因此有必要设计一种可对换热量进行控制的尾气热回收装置以提高换热结构的安全性和稳定性。
热管是最有效的传热元件之一,它能将大量热量通过很小的截面进行传递而无需外加动力,其导热性能比金属高几个数量级,可以用较小的体积获得较大的换热效率。从换热效率、换热器体积等方面综合考虑,利用热管设计汽车尾气热回收装置较为合理。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题,提出了一种换热量可控的汽车尾气热回收装置及其工作方法,该装置及方法与汽车的排气系统结构相结合,在不影响消声器性能的前提下充分利用了其内部空间,把该处尾气中的余热通过热管传递到热媒介质中,并用装置进气口处的控制阀控制换热量,解决了普通尾气换热设备存在的换热效率低和换热量不可控等问题。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种换热量可控的汽车尾气热回收装置,包括进气管、换热通道、排气通道、排气管、排气通道消声器、换热通道消声器以及换热器;
所述进气管分成两路通道,一路经过排气通道与排气通道消声器连通、另一路经过换热通道与换热通道消声器连通,两路通道的输出端汇合成为排气管;所述换热通道消声器的扩张室作为换热器的气室;所述进气管两路通道的分离处设置控制阀,通过控制阀控制尾气在两通道内的流量。
所述换热器采用气—液热管换热结构,热流体为高温汽车尾气,冷流体为热媒介质;热量通过热管从热流体传递给冷流体。
所述热流体和冷流体的流动方向相反。
所述换热器包括:进液管、排液管、气室、集液箱、热管以及分隔板;所述气室和集液箱之间通过分隔板分隔开,所述分隔板上设置若干热管,所述热管被分隔板分成上下两部分,下面部分为蒸发段,插入气室内,用于吸收尾气热量;上面部分为热管冷凝段,插入集液箱内,用于将从尾气中吸收的热量释放到热媒介质中;在所述集液箱的左右两侧分别设置排液管和进液管。
一种换热量可控的汽车尾气热回收装置的工作方法,包括:
换热通道消声器中含有高温尾气,热管蒸发段的工质吸收尾气的热量而汽化,并在蒸汽压力的作用下流向冷凝段;
冷凝段工质蒸汽遇低温热媒而液化放热,将热量传递给热媒,使热媒温度升高,温度升高后的热媒从排液管排出,与外界经过热量交换后热媒温度降低,再由进液管处流向集液箱,从而循环接收热管带来的热量;
换热量的调节由控制阀完成;根据用热部位耗能的多少,调节进气管处控制阀,从而调节从换热通道分流的尾气的比例。
不需要制冷或制冷负荷小时,喷射式制冷机的发生器不需要从热媒中吸收太多的热量就能保持正常工作状态,应该减小尾气热回收装置的换热量,调节进气管分流处的控制阀,使其向换热通道移动,导致换热通道入口截面积减小,进入换热通道的高温尾气流量也随之减少,使得换热器的换热量降低;
在制冷机工作负荷大时,发生器需要的热量多,应该增加尾气热回收装置的换热量,调节进气管分流处的控制阀,使其向排气通道移动,导致换热通道入口截面积增大,进入换热通道的高温尾气流量也随之增加,使得换热器的换热量增加。
本发明的有益效果是:
本发明涉及的汽车尾气热回收装置采用热管进行换热器的设计,具有很高的换热效率。该换热器在设计过程中考虑了汽车排气系统的结构特征,将换热器气室与消声器结合,减少了对排气背压的影响,使汽车发动机性能更加稳定。进气管采用双通道结构,实现了对换热量的有效控制,使其具有更广泛的应用场合;对汽车尾气的余热进行回收具有可观的经济价值和环保意义。
附图说明
图1为本发明换热量可控的汽车尾气热回收装置结构示意图;
其中,1.进气管、2.控制阀、3.换热通道、4.排气通道、5.排气管、6.进液管、7.排液管、8.排气通道消声器、9.换热通道消声器、10.集液箱、11.热管、12.分隔板。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明:
一种换热量可控的汽车尾气热回收装置,包括进气管1、换热通道3、排气通道4、排气管5、排气通道消声器8、换热通道消声器9以及换热器;
进气管1分成两路通道,一路经过排气通道4与排气通道消声器8连通、另一路经过换热通道3与换热通道消声器9连通,两路通道的输出端汇合成为排气管5;换热通道消声器9的扩张室作为换热器的气室;进气管1两路通道的分离处设置控制阀2,通过控制阀2控制尾气在两通道内的流量。
本发明汽车尾气热回收装置为双通道结构。进气管1和排气管5之间分别为换热通道3和排气通道4,换热通道3经过热管11换热器,排气通道4经过消声器。尾气在两通道内的流量由通道分离处的控制阀2控制:当用热部位耗能较多时,系统给控制阀2发出控制信号,使从换热通道3分流的尾气比例增加;当用热部位耗能少时,系统给控制阀2发出控制信号,使从换热器通道分流的尾气比例减小。
为了减小换热器对排气背压的影响,本发明将换热器与消声器融合,把消声器的扩张室作为换热器的气室。
换热器的热流侧为气室,热管11的蒸发段插入该位置,用于吸收尾气热量。换热器的冷流侧为集液箱10,热管11的冷凝段插入该位置,将从尾气中吸收的热量释放到热媒介质中。为提高换热器的换热效率,设计热流体和冷流体的流动方向相反。
汽车尾气到达消声器时的温度为100-400℃,含有大量热能。如附图1所示,换热通道消声器9中含有高温尾气,热管11的蒸发段位于此处,蒸发段的工质吸收尾气的热量而汽化,并在蒸汽压力的作用下流向冷凝段。冷凝段位于集液箱10处,工质蒸汽遇低温热媒而液化放热,将热量传递给热媒,使热媒温度升高,温度升高后的热媒从排液管7排出,给喷射式制冷机发生器供热后温度降低,再由进液管6处流向集液箱10,从而循环接收热管11带来的热量。
冬天不需要制冷或制冷负荷小,喷射式制冷机的发生器不需要从热媒中吸收太多的热量就能保持正常工作状态,因此尾气热回收装置就不需要回收太多热量。为保证系统的安全性,不至于使系统的内能持续增加,换热器的换热量应该下降。这种情况下系统会给控制阀22发送一个控制信号,使其向换热通道3摆动,控制阀2的动作导致换热通道3入口截面积减小,进入换热通道3的高温尾气流量也随之减少,这就使得换热器的换热量降低。
夏天喷射式制冷机工作负荷大,发生器需要的热量多,这就需要增加尾气热回收装置的换热量。类似情况下系统会给控制阀22发送一个控制信号,使其向排气通道4摆动,控制阀2的动作导致换热通道3入口截面积增大,进入换热通道3的高温尾气流量也随之增加,这就使得换热器的换热量提高。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种换热量可控的汽车尾气热回收装置,其特征是,包括进气管、换热通道、排气通道、排气管、排气通道消声器、换热通道消声器以及换热器;
所述进气管分成两路通道,一路经过排气通道与排气通道消声器连通、另一路经过换热通道与换热通道消声器连通,两路通道的输出端汇合成为排气管;所述换热通道消声器的扩张室作为换热器的气室;所述进气管两路通道的分离处设置控制阀,通过控制阀控制尾气在两通道内的流量。
2.如权利要求1所述的一种换热量可控的汽车尾气热回收装置,其特征是,所述换热器采用气—液热管换热结构,热流体为高温汽车尾气,冷流体为热媒介质;热量通过热管从热流体传递给冷流体。
3.如权利要求2所述的一种换热量可控的汽车尾气热回收装置,其特征是,所述热流体和冷流体的流动方向相反。
4.如权利要求1所述的一种换热量可控的汽车尾气热回收装置,其特征是,所述换热器包括:进液管、排液管、气室、集液箱、热管以及分隔板;所述气室和集液箱之间通过分隔板分隔开,所述分隔板上设置若干热管,所述热管被分隔板分成上下两部分,下面部分为蒸发段,插入气室内,用于吸收尾气热量;上面部分为热管冷凝段,插入集液箱内,用于将从尾气中吸收的热量释放到热媒介质中;在所述集液箱的左右两侧分别设置排液管和进液管。
5.如权利要求1所述的一种换热量可控的汽车尾气热回收装置的工作方法,其特征是,包括:
换热通道消声器中含有高温尾气,热管蒸发段的工质吸收尾气的热量而汽化,并在蒸汽压力的作用下流向冷凝段;
冷凝段工质蒸汽遇低温热媒而液化放热,将热量传递给热媒,使热媒温度升高,温度升高后的热媒从排液管排出,与外界经过热量交换后热媒温度降低,再由进液管处流向集液箱,从而循环接收热管带来的热量;
换热量的调节由控制阀完成;根据用热部位耗能的多少,调节进气管处控制阀,从而调节从换热通道分流的尾气的比例。
6.如权利要求5所述的一种换热量可控的汽车尾气热回收装置的工作方法,其特征是,
不需要制冷或制冷负荷小时,喷射式制冷机的发生器不需要从热媒中吸收太多的热量就能保持正常工作状态,应该减小尾气热回收装置的换热量,调节进气管分流处的控制阀,使其向换热通道移动,导致换热通道入口截面积减小,进入换热通道的高温尾气流量也随之减少,使得换热器的换热量降低;
在制冷机工作负荷大时,发生器需要的热量多,应该增加尾气热回收装置的换热量,调节进气管分流处的控制阀,使其向排气通道移动,导致换热通道入口截面积增大,进入换热通道的高温尾气流量也随之增加,使得换热器的换热量增加。
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