CN104632461A - 一种换热量可控的汽车尾气换热器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换热量可控的汽车尾气换热器及其工作方法，包括：进气管和排气管分别设置在气室的两端，进液管和排液管分别设置在集液箱的两端，所述气室和集液箱通过热管连接，所述热管的蒸发段插入气室内，热管的冷凝段插入集液箱内；所述汽车尾气换热器设置在排气系统末端消声器位置，所述汽车尾气换热器的气室为消声器的扩张室；本发明将尾气换热器与消声器结合，减小了换热器对排气背压的影响；采用盲管结构，避免漏液；汽车尾气换热器利用热管进行热回收，换热效率高，对节能减排有重要的意义。

Description

一种换热量可控的汽车尾气换热器及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种汽车尾气热回收装置，尤其涉及一种与汽车消音器结构相结合且换热量可控的热管换热器及其工作方法。

背景技术

随着科技的进步和经济的发展，汽车已经走进了千家万户。在满足人们出行需求的同时，汽车数量的增加也给环境带来了巨大压力。很多城市出现了严重的雾霾天气，而在雾霾的形成因素中，汽车尾气排放占据了重要的位置。鉴于国家政策的支持和环境保护的需要，汽车节能和环保技术成为当今世界科研的重点，而汽车尾气的余热利用也成为一个前景光明的研究课题。

对汽车尾气余热利用的前提是先提取出尾气中的低品位热，很多科研工作者对其进行研究，并针对汽车尾气的热回收设计出了一些换热装置。这些换热装置的热回收效率参差不齐，且都没有涉及到不同热量需求下的换热量控制问题，使换热装置的实用性能大打折扣。而且由于这些换热器结构一般较为复杂，安装在排气系统中往往会增大排气背压，进而影响发动机性能，因此设计结构简单、换热效率高、换热量可控的换热器有重要的意义。

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换热器及其工作方法，该换热器与汽车排气系统的消声器结合，利用热管将消声器内腔中尾气的热量传递给热媒介质，并通过操纵机构调节换热器的换热量，解决了已有车用换热器普遍存在的体积大、结构复杂、换热效率低、换热量不可控的问题。

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换热器，包括：进气管、排气管、进液管、排液管、气室、集液箱和热管；

所述进气管和排气管分别设置在气室的两端，进液管和排液管分别设置在集液箱的两端，所述气室和集液箱通过热管连接，所述热管的蒸发段插入气室内，热管的冷凝段插入集液箱内；所述汽车尾气换热器设置在排气系统末端消声器位置，所述汽车尾气换热器的气室为消声器的扩张室；

通过热管、集液箱和气室之间沿热管方向的相对运动改变热管蒸发段和冷凝段的长度，以此改变热流密度，实现对换热量的控制。

所述集液箱与热管连接处采用高温密封圈密封；所述集液箱能够沿热管方向做相对运动。

所述换热器的冷流侧为集液箱，集液箱与热管连接处采用盲管结构，热管冷凝段插入盲管内，热管和盲管之间的缝隙灌入导热硅油，所述热管和气室焊接在一起。

所述热管和气室通过保护套连接；所述气室能够沿热管方向做相对运动。

所述集液箱与热管连接处采用高温密封圈密封；所述热管和气室通过保护套连接；所述热管能够在集液箱和气室之间相对运动。

所述换热器的冷流侧为集液箱，集液箱与热管连接处采用盲管结构，热管冷凝段插入盲管内，热管和盲管之间的缝隙灌入导热硅油。

所述换热器为气—液热管换热器，热流体为高温汽车尾气，冷流体为热媒介质；热流体和冷流体的流动方向相反。

一种换热量可控的汽车尾气换热器的工作方法，包括：

高温汽车尾气经排气系统到达气室，热管蒸发段内的工质吸热汽化，并在蒸汽压力的作用下流向冷凝段，从而把热量带到冷凝段；

冷凝段处的工质蒸汽遇冷液化放热，并将热量传递给热媒，使热媒温度升高，进而完成尾气余热的回收过程；

温度升高后的热媒从排液管排出，与外界经过热量传递后热媒温度降低，再由进液管流入集液箱，从而循环接收尾气的热量。

在不需要制冷或制冷机制冷负荷小时，喷射式制冷机的发生器不需要从热媒介质中吸收太多热量就能保持正常工作状态，应该减小换热器的换热量，操纵机构控制热管、集液箱和气室之间沿热管方向做相对运动，使热管的蒸发段与气室的接触面积减小；

在制冷机工作负荷大时，发生器需要的热量多，应该增加换热器的换热量，操纵机构控制热管、集液箱和气室之间沿热管方向做相对运动，使热管的蒸发段与气室的接触面积增加。

本发明的有益效果是：

本发明将尾气换热器与消声器结合，减小了换热器对排气背压的影响；采用盲管结构，避免漏液；汽车尾气换热器利用热管进行热回收，换热效率高。换热量可控使该换热器能够满足汽车的多种用热需求，可以为汽车供暖，也可以为喷射式制冷机的发生器提供热能，还可以为一些特种车辆提供工作能源，它的使用提高了燃料能量的利用效率，对节能减排有重要的意义。

附图说明

图1为本发明换热量可控的汽车尾气换热器结构示意图一(使用盲管且仅热管移动)；

图2为本发明换热量可控的汽车尾气换热器结构示意图二(使用盲管且仅集液箱移动)；

图3为本发明换热量可控的汽车尾气换热器结构示意图三(不使用盲管且仅气室移动)；

图4为本发明换热量可控的汽车尾气换热器结构示意图四(不使用盲管且仅热管移动)；

图5为本发明换热量可控的汽车尾气换热器结构示意图五(不使用盲管且仅集液箱移动)；

其中，1.进气管，2.排气管，3.进液管，4.排液管，5.气室，6.集液箱，7.盲管，8.热管，9.高温密封圈，10.保护套，11.导热硅油。

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换热器，包括：进气管1、排气管2、进液管3、导热硅油11、气室5、集液箱6和热管8；

进气管1和排气管2分别设置在气室5的两端，进液管3和导热硅油11分别设置在集液箱6的两端，气室5和集液箱6通过热管8连接，热管8的蒸发段插入气室5内，热管8的冷凝段插入集液箱6内；

将换热器的位置设计在排气系统末端消声器部位，并把消声器的扩张室作为换热器的气室5，这样的设计可以减小换热器对排气性能的影响。

换热器为气—液热管8换热器，热流体为高温汽车尾气，冷流体为热媒介质。热量通过热管8进行传递。

通过热管8、集液箱6和气室5之间沿热管8方向的相对运动改变热管8蒸发段和冷凝段的长度，以此改变热流密度，实现对换热量的控制。

换热器的冷流侧为集液箱6，为防止漏液，集液箱6与热管8连接处采用盲管7结构，热管8冷凝段插入盲管7内，热管8和盲管7之间的缝隙灌入导热硅油11，并用高温密封圈9密封。

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。

汽车尾气经排气系统到达气室55时的温度为100-400℃，含有大量热能。该温度下热管88蒸发段内的工质吸热汽化，并在蒸汽压力的作用下流向冷凝段，从而把热量带到冷凝段。冷凝段处的工质蒸汽遇冷液化放热，并将热量传递给热媒，使热媒温度升高，进而完成尾气余热的回收过程；

温度升高后的热媒从导热硅油11排出，与喷射式制冷机的发生器经过热量传递后温度降低，再由进液管3流入集液箱6，从而循环接收尾气的热量。

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介质中吸收太多热量就能保持正常工作状态，因此尾气换热器不需要回收太多热量。为了保证系统的安全性，不至于使系统的内能持续增加，换热器的换热量应该减小。这种情况下系统会给操纵机构发送一个控制信号，使其带动热管88向集液箱66的方向移动，这样热管8的吸热面积减小，换热量就会减小。

夏天车内温度高，喷射式制冷机工作负荷大，发生器需要的热量多，这就需要增加尾气换热器的换热量。类似情况下系统会给操纵机构发送一个控制信号，使其带动热管88向气室55的方向移动，这样热管8的吸热面积增加，换热量就会增加。

实施例一：

一种换热量可控的汽车尾气换热器，如图1所示，进气管1和排气管2分别设置在气室5的两端，进液管3和导热硅油11分别设置在集液箱6的两端，气室5和集液箱6通过热管8连接，热管8的蒸发段插入气室5内，热管8的冷凝段插入集液箱6内；

将换热器的位置设计在排气系统末端消声器部位，并把消声器的扩张室作为换热器的气室5，这样的设计可以减小换热器对排气性能的影响。

集液箱6与热管8连接处采用高温密封圈9密封；热管8和气室5通过保护套10连接；换热器的冷流侧为集液箱6，集液箱6与热管8连接处采用盲管7结构，热管8冷凝段插入盲管7内，热管8和盲管7之间的缝隙灌入导热硅油11。固定集液箱6和气室5，仅热管8在集液箱6和气室5之间相对运动，热管8的蒸发段和冷凝段长度同时改变。

冷凝段处的工质蒸汽遇冷液化放热，将热量传递给导热硅油11，导热硅油11再将热量经盲管7传递给热媒，使热媒温度升高，进而完成尾气余热的回收过程。温度升高后的热媒从导热硅油11排出，给喷射式制冷机发生器供热后温度降低，再由进液管33流入集液箱6，从而循环接收尾气的热量。

实施例二：

一种换热量可控的汽车尾气换热器，如图2所示，固定热管8和气室5，仅移动集液箱6，热管8冷凝段的长度改变，此时热管8和气室5可以直接焊接在一起，不再使用保护套10。其余结构与实施例一中结构相同。

实施例三：

一种换热量可控的汽车尾气换热器，如图3所示，集液箱6与热管8固定连接，气室5与热管8连接处设置保护套10，固定集液箱6和热管8，仅移动气室5，热管8蒸发段的长度改变，此时集液箱6的盲管7结构可以省去，直接将热管8和集液箱6焊接在一起。其余结构与实施例一中结构相同。

实施例四：

一种换热量可控的汽车尾气换热器，如图4所示，将集液箱6与热管8连接处的盲管7去除，仅热管8在集液箱6和气室5之间相对运动，热管8的蒸发段和冷凝段长度同时改变。其余结构与实施例一中结构相同。

实施例五：

一种换热量可控的汽车尾气换热器，如图5所示，将集液箱6与热管8连接处的盲管7去除，热管8与气室5焊接在一起，仅移动集液箱6，热管8冷凝段的长度改变，不再使用保护套10。其余结构与实施例一中结构相同。

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 (9)

1.一种换热量可控的汽车尾气换热器，其特征是，包括：进气管、排气管、进液管、排液管、气室、集液箱和热管；

所述进气管和排气管分别设置在气室的两端，进液管和排液管分别设置在集液箱的两端，所述气室和集液箱通过热管连接，所述热管的蒸发段插入气室内，热管的冷凝段插入集液箱内；所述汽车尾气换热器设置在排气系统末端消声器位置，所述汽车尾气换热器的气室为消声器的扩张室；

通过热管、集液箱和气室之间沿热管方向的相对运动改变热管蒸发段和冷凝段的长度，以此改变热流密度，实现对换热量的控制。

2.如权利要求1所述的一种换热量可控的汽车尾气换热器，其特征是，所述集液箱与热管连接处采用高温密封圈密封；所述集液箱能够沿热管方向做相对运动。

3.如权利要求2所述的一种换热量可控的汽车尾气换热器，其特征是，所述换热器的冷流侧为集液箱，集液箱与热管连接处采用盲管结构，热管冷凝段插入盲管内，热管和盲管之间的缝隙灌入导热硅油，所述热管和气室焊接在一起。

4.如权利要求1所述的一种换热量可控的汽车尾气换热器，其特征是，所述热管和气室通过保护套连接；所述气室能够沿热管方向做相对运动。

5.如权利要求1所述的一种换热量可控的汽车尾气换热器，其特征是，所述集液箱与热管连接处采用高温密封圈密封；所述热管和气室通过保护套连接；所述热管能够在集液箱和气室之间相对运动。

6.如权利要求5所述的一种换热量可控的汽车尾气换热器，其特征是，所述换热器的冷流侧为集液箱，集液箱与热管连接处采用盲管结构，热管冷凝段插入盲管内，热管和盲管之间的缝隙灌入导热硅油。

7.如权利要求1所述的一种换热量可控的汽车尾气换热器，其特征是，所述换热器为气—液热管换热器，热流体为高温汽车尾气，冷流体为热媒介质；热流体和冷流体的流动方向相反。

8.一种如权利要求1所述的换热量可控的汽车尾气换热器的工作方法，其特征是，包括：

高温汽车尾气经排气系统到达气室，热管蒸发段内的工质吸热汽化，并在蒸汽压力的作用下流向冷凝段，从而把热量带到冷凝段；

冷凝段处的工质蒸汽遇冷液化放热，并将热量传递给热媒，使热媒温度升高，进而完成尾气余热的回收过程；

温度升高后的热媒从排液管排出，与外界经过热量传递后热媒温度降低，再由进液管流入集液箱，从而循环接收尾气的热量。

9.如权利要求8所述的一种换热量可控的汽车尾气换热器的工作方法，其特征是，

在不需要制冷或制冷机制冷负荷小时，喷射式制冷机的发生器不需要从热媒介质中吸收太多热量就能保持正常工作状态，应该减小换热器的换热量，操纵机构控制热管、集液箱和气室之间沿热管方向做相对运动，使热管的蒸发段与气室的接触面积减小；

在制冷机工作负荷大时，发生器需要的热量多，应该增加换热器的换热量，操纵机构控制热管、集液箱和气室之间沿热管方向做相对运动，使热管的蒸发段与气室的接触面积增加。