CN105422227B - 热传导和热辐射效应叠加的级联式汽车尾气换热装置 - Google Patents

热传导和热辐射效应叠加的级联式汽车尾气换热装置 Download PDF

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Abstract

一种热传导和热辐射效应叠加的级联式汽车尾气换热装置，属于汽车节能装置技术领域。包括催化净化器、一组换热单元、波纹管、副消声器、主消声器、一组级联管和第一、第二、第三排气管、排气尾管及换热装置输入、输出管，催化净化器、副消声器、主消声器及第一、第二、第三排气管的外表面套设换热单元，催化净化器、第一排气管、波纹管、第二排气管、副消声器、第三排气管、主消声器和排气尾管依次连接，相邻的两换热单元间通过级联管连通，换热装置输入管连接在主消声器外的换热单元上，换热装置输出管连接在催化净化器外的换热单元上。节约制造成本，提高热能回收率；以热辐射作用将热能二次传导给流体导热介质，进一步提高尾气热能的回收率。

Description

热传导和热辐射效应叠加的级联式汽车尾气换热装置
技术领域
本发明属于汽车节能装置技术领域，具体涉及一种热传导和热辐射效应叠加的级联式汽车尾气换热装置。
背景技术
汽车燃油总能量的一半以上转化为热能，其中主要以尾气余热的形式向大气中排放，回收利用汽车尾气余热，已经受到了人们高度关注，成为节能型汽车的发展方向之一。而回收利用汽车尾气余热主要包括两个环节：一是回收方式，其主要形式有固态导热介质与汽车排气管之间的热传导和热辐射方式，还有流体导热介质与汽车排气管之间的热传导方式；二是利用途径，其技术正在日渐丰富，常见的有将导热介质提取的尾气余热用于加热、制冷、蓄力和发电等。在使用流体导热介质的汽车尾气换热装置中，现有的技术文献主要使用单体换热器并采取热传导形式，同时为增强汽车尾气余热的回收效果，通常会在汽车排气管内腔径向设置导热栅栏或顺向设置平行分管，以扩大热传导的接触面，这样会对汽车排气形成阻碍且造成排气管的制造成本升高。例如，中国发明专利申请公布号CN105134350A所提供的一种“汽车尾气余热利用装置”，其包括加热箱、上连接管、下连接管、贮水箱、蒸煮器；贮水箱固定在车内的机架上，蒸煮器连接在贮水箱上，加热箱设有供汽车排气管贯穿的排气管孔，上连接管下端与加热箱固定连接，上连接管上端与贮水箱底部固定连接，下连接管下端与加热箱固定连接，下连接管上端与贮水箱底部固定连接；贮水箱上端设置进水口和阀门，加热箱设置有排水口和阀门。还包括用于插在汽车排气管上的热管，该热管包括冷凝端和位于排气管中的蒸发端，冷凝端位于加热箱内。该技术方案存在的不足是：由于蒸发端位于排气管中，这样不仅增加了排气管的制造成本，而且影响汽车排气的畅通状况，从而降低发动机的出力效果。
鉴于上述存在问题，有必要对现有的汽车尾气换热装置加以改进。为此，本申请人作了积极而有效的探索，终于形成了下面将要介绍的技术方案。
发明内容
本发明的目的是要提供一种热传导和热辐射效应叠加的级联式汽车尾气换热装置，其换热单元沿汽车排气管分布，相互级联，以阶梯方式逐级加热流体导热介质，并且换热单元同时利用热传导和热辐射原理使流体导热介质获取汽车尾气余热。
本发明的目的是这样来达到的，一种热传导和热辐射效应叠加的级联式汽车尾气换热装置，其特征在于：包括一催化净化器、一组换热单元、一波纹管、一副消声器、一主消声器、一组级联管和一第一排气管、一第二排气管、一第三排气管、一排气尾管以及一换热装置输入管和一换热装置输出管，所述的催化净化器、副消声器、主消声器以及第一排气管、第二排气管、第三排气管的外表面上以外包围的形式分别套设有一换热单元，而所述的催化净化器、第一排气管、波纹管、第二排气管、副消声器、第三排气管、主消声器和排气尾管分别依次连接，相邻的两换热单元之间分别通过级联管连通，所述的换热装置输入管连接在所述主消声器外的换热单元上，所述的换热装置输出管连接在所述催化净化器外的换热单元上。
在本发明的一个具体的实施例中，所述的换热单元包括换热单元套管、换热单元套筒、换热单元输出口和换热单元输入口，所述的换热单元套筒以外包围的形式密封焊接在换热单元套管上并且在两者之间形成有换热单元内腔，所述的换热单元输出口和换热单元输入口分别与换热单元内腔连通，所述的换热单元各自通过换热单元套管套设并固定在所述的催化净化器、副消声器、主消声器以及第一排气管、第二排气管、第三排气管的外表面上。
在本发明的另一个具体的实施例中，所述的换热单元套筒的外表面还涂覆有一红外线涂料层，并且在该红外线涂料层上包覆一铝板。
在本发明的又一个具体的实施例中，所述的铝板的厚度为0.5～1.0mm。
在本发明的再一个具体的实施例中，所述的催化净化器、第一排气管、第二排气管、副消声器、第三排气管、主消声器外的换热单元随着汽车尾气排气系统温度场梯度由高向低依次分布；而流体导热介质从所述的换热装置输入管流入并通过级联管依次流经主消声器、第三排气管、副消声器、第二排气管、第一排气管、催化净化器外的换热单元，经过强度递增的温度场逐级加热，获得热能的流体导热介质从换热装置输出管流出并供给汽车尾气余热利用环节。
在本发明的进而一个具体的实施例中，所述的换热单元通过与换热单元输入口连接的换热装置输入管或级联管将流体导热介质导入换热单元内腔内，再通过与换热单元输出口连接的换热装置输出管或级联管导出。
本发明由于采用上述结构后，具有的有益效果：首先，由于换热单元采用套设固定的方式并采取级联方式连通，因而能在不改变原有排气系统结构的前提下，通过热传导作用将热能传递给在换热单元内腔中流动的流体导热介质，不仅节约了排气管的制造成本，还有效提高了热能回收率；其次，由于在换热单元的最外层涂覆有一层红外线涂料层并在涂料层外包覆有一层铝板，因而在换热单元中的流体导热介质升温后使红外线涂料产生红外线，由红外线涂料层外包覆的铝板将红外线反射回换热单元内腔，以热辐射作用将热能二次传导给流体导热介质，进一步提高了尾气热能的回收率。
附图说明
图1为本发明一实施例的结构示意图。
图2为本发明所述的换热单元的平面示意图。
图3为本发明所述的换热单元的横截面图。
图中：1.催化净化器、2.换热单元、21.换热单元套管、22.换热单元套筒、221.红外线涂料层、222.铝板、23.换热单元输出口、24.换热单元输入口、25.换热单元内腔、3.波纹管、4.副消声器、5.主消声器、6.级联管、7a.第一排气管、7b.第二排气管、7c.第三排气管、7d.排气尾管、8a.换热装置输入管、8b.换热装置输出管、9a.第一法兰、9b.第二法兰、9c.第三法兰、9d.第四法兰、9e.第五法兰。
具体实施方式
申请人将在下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细描述，但申请人对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本发明构思作形式而非实质的变化都应当视为本发明的保护范围。
请参阅图1，本发明涉及一种热传导和热辐射效应叠加的级联式汽车尾气换热装置，包括一催化净化器1、一组换热单元2、一波纹管3、一副消声器4、一主消声器5、一组级联管6和一第一排气管7a、一第二排气管7b、一第三排气管7c、一排气尾管7d以及一换热装置输入管8a和一换热装置输出管8b，所述的催化净化器1与第一排气管7a的一端通过第一法兰9a连接固定，所述的波纹管3的两端分别通过第二法兰9b和第三法兰9c与第一排气管7a的另一端和第二排气管7b的一端固定连接，所述第二排气管7b的另一端与副消声器4的一端通过第四法兰9d连接，而副消声器4的另一端直接与第三排气管7c的一端焊接，该第三排气管7c的另一端又与主消声器5的一端通过第五法兰9e连接，所述的排气尾管7d焊接在主消声器5的另一端上，在催化净化器1、副消声器4、主消声器5以及第一排气管7a、第二排气管7b、第三排气管7c的外表面上以外包围的形式分别套设有一换热单元2，而所述的催化净化器1、第一排气管7a、波纹管3、第二排气管7b、副消声器4、第三排气管7c、主消声器5和排气尾管7d分别依次连接，相邻的两换热单元2之间分别通过级联管6连通，所述的换热装置输入管8a连接在所述主消声器5外的换热单元2上，所述的换热装置输出管8b连接在所述催化净化器1外的换热单元2上。
请参阅图2并结合图3，所述的换热单元2包括换热单元套管21、换热单元套筒22、换热单元输出口23和换热单元输入口24，所述的换热单元套筒22以外包围的形式密封焊接在换热单元套管21上并且在两者之间形成有换热单元内腔25，所述的换热单元输出口23和换热单元输入口24分别与换热单元内腔25连通，所述的换热单元2各自通过换热单元套管21套设并固定在所述的催化净化器1、副消声器4、主消声器5以及第一排气管7a、第二排气管7b、第三排气管7c的外表面上。所述的换热单元套筒22的外表面还涂覆有一红外线涂料层221，并且在该红外线涂料层221上包覆一铝板222。所述的铝板222的厚度不受任何限制，在本实施例中优选为0.5～1.0mm。
请参阅图1并结合图2和图3，本发明所述的催化净化器1、第一排气管7a、第二排气管7b、副消声器4、第三排气管7c、主消声器5外的换热单元2随着汽车尾气排气系统温度场梯度由高向低依次分布；而流体导热介质从所述的换热装置输入管8a流入并通过级联管6依次流经主消声器5、第三排气管7c、副消声器4、第二排气管7b、第一排气管7a、催化净化器1外的换热单元2，经过强度递增的温度场逐级加热，获得热能的流体导热介质从换热装置输出管8b流出并供给汽车尾气余热利用环节。
同时，所述的换热单元2通过与换热单元输入口24连接的换热装置输入管8a或级联管6将流体导热介质导入换热单元内腔25内，再通过与换热单元输出口23连接的换热装置输出管8b或级联管6导出，流体导热介质温度升高后，促使换热单元套筒22上的红外线涂料层221产生红外线，并通过铝板222将红外线反射回换热单元内腔25，以热辐射作用将热能二次传导给流体导热介质。
本发明沿汽车排气系统多处设置换热单元，流体导热介质经多个换热单元接力式加热，既扩大余热回收的接触面积，又不会对汽车排气形成阻碍；在换热单元中，同时利用热传导和热辐射作用将热能传递给流体导热介质，可极大地提高汽车尾气余热回收的效率。

Claims (3)

1. 一种热传导和热辐射效应叠加的级联式汽车尾气换热装置，其特征在于：包括一催化净化器(1)、一组换热单元(2)、一波纹管(3)、一副消声器(4)、一主消声器(5)、一组级联管(6)和一第一排气管(7a)、一第二排气管(7b)、一第三排气管(7c)、一排气尾管(7d)以及一换热装置输入管(8a)和一换热装置输出管(8b)，所述的催化净化器(1)、副消声器(4)、主消声器(5)以及第一排气管(7a)、第二排气管(7b)、第三排气管(7c)的外表面上以外包围的形式分别套设有一换热单元(2)，而所述的催化净化器(1)、第一排气管(7a)、波纹管(3)、第二排气管(7b)、副消声器(4)、第三排气管(7c)、主消声器(5)和排气尾管(7d)分别依次连接，相邻的两换热单元(2)之间分别通过级联管(6)连通，所述的换热装置输入管(8a)连接在所述主消声器(5)外的换热单元(2)上，所述的换热装置输出管(8b)连接在所述催化净化器(1)外的换热单元(2)上；所述的换热单元(2)包括换热单元套管(21)、换热单元套筒(22)、换热单元输出口(23)和换热单元输入口(24)，所述的换热单元套筒(22)以外包围的形式密封焊接在换热单元套管(21)上并且在两者之间形成有换热单元内腔(25)，所述的换热单元输出口(23)和换热单元输入口(24)分别与换热单元内腔(25)连通，所述的换热单元(2)各自通过换热单元套管(21)套设并固定在所述的催化净化器(1)、副消声器(4)、主消声器(5)以及第一排气管(7a)、第二排气管(7b)、第三排气管(7c)的外表面上；所述的换热单元套筒(22)的外表面还涂覆有一红外线涂料层(221)，并且在该红外线涂料层(221)上包覆一铝板(222) ；所述的换热单元(2)通过与换热单元输入口(24)连接的换热装置输入管(8a)或级联管(6)将流体导热介质导入换热单元内腔(25)内，再通过与换热单元输出口(23)连接的换热装置输出管(8b)或级联管(6)导出，流体导热介质温度升高后，促使换热单元套筒(22)上的红外线涂料层(221)产生红外线，并通过铝板(222)将红外线反射回换热单元内腔(25)，以热辐射作用将热能二次传导给流体导热介质，这样，换热单元(2)同时利用热传导和热辐射原理使流体导热介质获取汽车尾气余热。
2.根据权利要求1所述的热传导和热辐射效应叠加的级联式汽车尾气换热装置，其特征在于所述的铝板(222)的厚度为0.5～1.0mm。
3.根据权利要求1所述的热传导和热辐射效应叠加的级联式汽车尾气换热装置，其特征在于所述的催化净化器(1)、第一排气管(7a)、第二排气管(7b)、副消声器(4)、第三排气管(7c)、主消声器(5)外的换热单元(2)随着汽车尾气排气系统温度场梯度由高向低依次分布；而流体导热介质从所述的换热装置输入管(8a)流入并通过级联管(6)依次流经主消声器(5)、第三排气管(7c)、副消声器(4)、第二排气管(7b)、第一排气管(7a)、催化净化器(1)外的换热单元(2)，经过强度递增的温度场逐级加热，获得热能的流体导热介质从换热装置输出管(8b)流出并供给汽车尾气余热利用环节。
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