CN107364309A - 一种汽车尾气余热回收利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车尾气余热回收利用系统，涉及热管热交换设备，包括相变换热器、热管换热器和汽车水箱，还包括热管式蒸发冷却器；所述热管式蒸发冷却器还包括与进水口Ⅰ连接的淋水盘，所述淋水盘设置于热管式蒸发冷却器的顶端，淋水盘的两端设有可沿热管式蒸发冷却器滑动的滑块，用以淋水盘的位置切换。本发明的有益效果是，夏季为车内提供冷空气，冬季为车内提供热空气；湿润空气，储存热量，节能和环保。

Description

一种汽车尾气余热回收利用系统
技术领域
本发明涉及热管热交换设备，特别是一种汽车尾气余热回收利用系统。
背景技术
随着人们生活水平的日益提高，汽车逐渐变成家家户户生活中不可或缺的一部分，它在给人们出行带来方便的同时，也随之带来一系列问题，比如：能源浪费、环境污染等；燃料燃烧产生的热量通过各种途径损失很多，导致汽车的热效率较低，其中汽车尾气带走了很大一部分，约占总热量的三分之一，而且其温度高达几百摄氏度，因而汽车尾气具有极高的回收利用价值；目前对于汽车尾气回收利用的方法和装置层出不穷，大部分以常见换热器为基础来直接转化和利用这部分热量。
发明内容
本发明的目的利用热管式蒸发冷却器设计了一种汽车尾气余热回收利用系统，利用汽车尾气的热量，能够将尾气中的热量回收；能够实现夏季为车室提供冷空气，冬季为车室提供热空气和湿润空气；节约能源。
实现上述目的本发明的技术方案为，一种汽车尾气余热回收利用系统，包括相变换热器、热管换热器和汽车水箱，还包括热管式蒸发冷却器；所述热管式蒸发冷却器包括空气侧Ⅰ和尾气侧Ⅱ，所述空气侧Ⅰ设有进水口Ⅰ、进气口Ⅰ和出气口Ⅰ，所述尾气侧Ⅱ设有进气口Ⅱ和出气口Ⅱ；所述热管换热器包括空气侧Ⅲ和尾气侧Ⅳ，所述空气侧Ⅲ设有进气口Ⅲ和出气口Ⅲ，所述尾气侧Ⅳ设有进气口Ⅳ和出气口Ⅳ；所述相变换热器包括进气口Ⅴ和出气口Ⅴ；所述进水口Ⅰ通过阀门Ⅰ与汽车水箱连接，进气口Ⅰ通过进气管与大气连接，出气口Ⅰ通过引风机Ⅰ与车室连接；所述出气口Ⅱ通过出气管与大气连接；所述进气口Ⅲ通过进气管与大气连接，出气口Ⅲ通过引风机Ⅱ、阀门Ⅱ与进气口Ⅱ连接；所述进气口Ⅳ通过进气管与汽车尾气连接，出气口Ⅳ通过阀门Ⅲ与进气口Ⅱ连接，并且出气口Ⅳ通过出气管与大气连接，出气口Ⅳ的出气管上设有阀门Ⅵ；所述进气口Ⅴ通过阀门Ⅳ与汽车尾气连接，并且进气口Ⅴ通过进气管与大气连接，出气口Ⅴ通过出气管与大气连接，出气口Ⅴ连接的出气管连接阀门Ⅵ，并且出气口Ⅴ通过引风机Ⅲ、阀门Ⅴ和阀门Ⅲ与进气口Ⅱ连接；所述热管式蒸发冷却器还包括与进水口Ⅰ连接的淋水盘，所述淋水盘设置于热管式蒸发冷却器的顶端，淋水盘的两端设有可沿热管式蒸发冷却器滑动的滑块，用以淋水盘的位置切换。
优选的，所述进气口Ⅰ连接的进气管上设有过滤器Ⅰ，用以吸附空气中的固体颗粒；所述出气口Ⅱ连接的出气管上设有过滤器Ⅳ，用以吸附热管式蒸发冷却器中的固体颗粒和尾气中的酸性化合物；所述出气口Ⅴ连接的出气管上设有过滤器Ⅴ，用以吸附空气中的固体颗粒。
本发明提供一种实施方式是，还包括储液罐，所述储液罐内设有加热器和传感器，且储液罐内的上方填充惰性气体；所述热管式蒸发冷却器的空气侧Ⅰ包括夏季蒸发段，尾气侧Ⅱ包括夏季冷凝段，夏季冷凝段的表面包覆有填料层；夏季蒸发段和夏季冷凝段的顶端通过蒸汽管路连接，底端通过液体管路连接，液体管路内设有液体工质；所述储液罐通过导液管与液体管路连接，导液管上设有电动调节阀。
优选的，所述液体管路和夏季冷凝段的内表面均设有吸液芯材料。
优选的，所述夏季蒸发段的表面设计有环形翅片。
本发明提供另一种实施方式是，还包括储液罐，所述储液罐内设有加热器和传感器，且储液罐内的上方填充惰性气体；所述热管式蒸发冷却器的空气侧Ⅰ包括冬季冷凝段，尾气侧Ⅱ包括冬季蒸发段；冬季冷凝段和冬季蒸发段的顶端通过蒸汽管路连接，底端通过液体管路连接，液体管路内设有液体工质；所述储液罐通过导液管与液体管路连接，导液管上设有电动调节阀。
优选的，所述液体管路和冬季蒸发段的内表面均设有吸液芯材料。
优选的，所述冬季蒸发段的表面包覆有填料层。
优选的，所述冬季冷凝段的表面设计有环形翅片。
利用本发明的技术方案制作的汽车尾气余热回收利用系统，其有益效果是：通过热管换热器处理汽车尾气，可避免夏季尾气测温度过高，相变换热器可将夏季富余热量回收储存，在停车等尾气排放较少工况下，用于加热空气提供热能；通过辅以可滑动淋水盘的热管式蒸发冷却器来传递热量，且热管采用蒸发端和冷凝端分离式的回路设计，从而加热或冷却空气，以供车内使用，达到夏季为车内提供冷空气，冬季为车内提供热空气及湿润空气的效果，节能和环保；热管式蒸发冷却器回路中设置有储液罐，能够适应负荷变化，增加或减少蒸发端液体工质的量，以调节蒸发段和冷凝段的换热量；净化装置通过过滤器来净化尾气，达到环保的作用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是淋水盘的的结构示意图；
图3是夏季热管式蒸发冷却器的结构示意图；
图4是夏季本发明的结构示意图；
图5是冬季热管式蒸发冷却器的结构示意图；
图6是冬季本发明的结构示意图。
图中：
1、相变换热器；
2、热管换热器；21、空气侧Ⅲ；22、尾气侧Ⅳ；
3、汽车水箱；
4、热管式蒸发冷却器；41、空气侧Ⅰ；42、尾气侧Ⅱ；43、淋水盘；
51、阀门Ⅰ；52、阀门Ⅱ；53、阀门Ⅲ；54、阀门Ⅳ；55、阀门Ⅴ；56、阀门Ⅵ；
61、引风机Ⅰ；62、引风机Ⅱ；63、引风机Ⅲ；
71、车室；72、汽车尾气；
8、储液罐；81、加热器；82、传感器；
91、夏季蒸发段；92、夏季冷凝段；921、填料层；93、冬季冷凝段；94、冬季蒸发段；
101、蒸汽管路；102、液体管路；103、液体工质；
111、电动调节阀；
121、过滤器Ⅰ；124、过滤器Ⅳ；125、过滤器Ⅴ；
131、吸液芯材料；132、环形翅片。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：
一种汽车尾气余热回收利用系统，如图1-2所示，包括相变换热器1、热管换热器2和汽车水箱3，还包括热管式蒸发冷却器4。
为方便说明，先简单介绍相变换热器1、热管换热器2和热管式蒸发冷却器4，其中热管式蒸发冷却器4包括空气侧Ⅰ41、尾气侧Ⅱ42，空气侧Ⅰ41设有进水口Ⅰ、进气口Ⅰ和出气口Ⅰ，尾气侧Ⅱ42设有进气口Ⅱ和出气口Ⅱ；热管换热器2包括空气侧Ⅲ21和尾气侧Ⅳ22，空气侧Ⅲ21设有进气口Ⅲ和出气口Ⅲ，尾气侧Ⅳ22设有进气口Ⅳ和出气口Ⅳ；相变换热器1包括进气口Ⅴ和出气口Ⅴ。
空气通道有三条，其一是，空气从与大气连接的进气口Ⅰ进入热管式蒸发冷却器4内，然后通过在引风机Ⅰ61的作用下，从出气口Ⅰ到达车室71，给车室降温或者升温；其二是，通过连接进气口Ⅲ的进气管进入热管换热器2，吸收来自尾气侧Ⅳ22的热量，在引风机Ⅱ62的作用下，从出气口Ⅲ通过阀门Ⅱ52，途径进气口Ⅱ到达热管式蒸发冷却器4的尾气侧Ⅱ42；其三是，空气通过连接进气口Ⅴ的进气管进入相变换热器1内，吸收部分相变换热器1内的热量，然后在引风机Ⅲ63的作用下，经阀门Ⅴ55和阀门Ⅲ53，从进气口Ⅱ热管式蒸发冷却器4的尾气侧Ⅱ42内；来自第二条和第三条的空气再通过出气口Ⅱ流到大气中。
汽车尾气72一共有两条进入系统的通道，其一是，部分汽车尾气72通过连接进气口Ⅳ的进气管进入热管换热器2，将热量传递给从进气口Ⅲ进入的空气，汽车尾气72直接通过阀门Ⅵ56排到大气中，另一部分汽车尾气72通过连接进气口Ⅴ的进气管、阀门Ⅳ54进入相变换热器1内，将热量储存在相变换热器1内，然后经与出气口Ⅴ连接的出气管、阀门Ⅵ56排到大气中。其二是，汽车尾气72直接通过阀门Ⅲ53、进气口Ⅱ进入热管式蒸发冷却器4内，然后排到大气中。
进水通道有一条，通过阀门Ⅰ51控制汽车水箱3的水通过进水管经进水口Ⅰ进入热管式蒸发冷却器4内，即淋水盘43。淋水盘43设置于热管式蒸发冷却器4的顶端，淋水盘43的两端设有可沿热管式蒸发冷却器4滑动的滑块，实现淋水盘43的位置切换。
另外，进气口Ⅰ连接的进气管上设有过滤器Ⅰ121，用于吸附空气中的固体颗粒，防止堵死管路；出气口Ⅱ连接的出气管上设有过滤器Ⅳ124，出气口Ⅴ连接的出气管上设有过滤器Ⅴ125，用于吸附空气和尾气混合体中的固体颗粒和尾气中的酸性化合物，保护环境。
蓄热装置是一个相变换热器，作用是回收储存多余的热量，当汽车尾气排放较少时，用来加热空气，与汽车尾气混合提供热能。
由于该系统在夏季和冬季采用的原理不同，故分别说明：
夏季时，如图3所示，热管式蒸发冷却器4的空气侧Ⅰ41包括夏季蒸发段91，尾气侧Ⅱ42包括夏季冷凝段92，夏季蒸发段91和夏季冷凝段92的顶端通过蒸汽管路101连接，底端通过液体管路102连接，液体管路102内设有液体工质103。另外，夏季冷凝段92的表面包覆有填料层921，填料层921内表面通过导热粘合剂与热管外表面接触，减小接触热阻，填料层921外表面凹凸不平，质地粗糙，增大换热面积，填料材料可选用金属，耐热性好，造价低，最终达到加强热质交换效果；夏季蒸发段91的表面设计有环形翅片132，增大换热面积，提高换热效果；液体管路102和夏季冷凝段92的内表面均设有吸液芯材料131，吸液芯的多孔结构能够产生很强的毛细力，使液体流回蒸发端。
还包括储液罐8，可强化或者减弱夏季热管蒸发端和冷凝端的热质交换效果，即对热管温度的调控作用。储液罐8内设有加热器81和测量液体工质103温度的传感器82，且储液罐8内的上方填充惰性气体，可实现对冷热负荷变化的适应；储液罐8通过导液管与液体管路102连接，导液管上设有电动调节阀111。
冬季时，如图5所示，热管式蒸发冷却器4的空气侧Ⅰ41包括冬季冷凝段93，尾气侧Ⅱ42包括冬季蒸发段94；冬季冷凝段93和冬季蒸发段94的顶端通过蒸汽管路101连接，底端通过液体管路102连接，液体管路102内设有液体工质103。另外，冬季蒸发段94的表面包覆有填料层921，填料层921内表面通过导热粘合剂与热管外表面接触，减小接触热阻，填料层921外表面凹凸不平，质地粗糙，增大换热面积，填料材料可选用金属，耐热性好，造价低，最终达到加强热质交换效果；冬季冷凝段93的表面设计有环形翅片132，增大换热面积，提高换热效果；液体管路102和冬季蒸发段94的内表面均设有吸液芯材料131，吸液芯的多孔结构能够产生很强的毛细力，使液体流回蒸发端。
还包括储液罐8，可强化或者减弱冬季热管蒸发端和冷凝端的热质交换效果，即对热管温度的调控作用。储液罐8内设有加热器81和测量液体工质103温度的传感器82，且储液罐8内的上方填充惰性气体，可实现对冷热负荷变化的适应；储液罐8通过导液管与液体管路102连接，导液管上设有电动调节阀111。
该系统分为夏季和冬季两种情况，故分别具体叙述其使用方法：
实施例1：夏季
如图3-4所示，打开阀门Ⅳ54和阀门Ⅵ56，关闭阀门Ⅲ53和阀门Ⅴ55，图中，将不通的线路省略，一部分汽车尾气72经过热管换热器2的尾气侧Ⅳ22将一部分热量传递给从进气口Ⅲ进入的空气，然后经阀门Ⅵ56排到大气中。另一部分汽车尾气通过进气口Ⅴ的进气管、阀门Ⅳ54进入相变换热器1内，将热量储存在相变换热器1内，然后经与出气口Ⅴ连接的出气管、阀门Ⅵ56排到大气中，由于夏季温度高，尾气产生的热量多，将这部分热量储存起来，作为备用，当尾气不足时，可以采用这部分热量，具体的是，打开阀门Ⅲ53和阀门Ⅴ55，在引风机Ⅲ63的作用下，将热量传递到热管式蒸发冷却器4内。
打开阀门Ⅰ51，淋水盘43滑动到热管式蒸发冷却器4的尾气侧Ⅱ42上方，喷水；打开阀门Ⅱ52，空气在引风机Ⅱ62的作用下，经过热管换热器2的空气侧Ⅲ21的空气吸收大量来自尾气侧Ⅳ22的热量，再进入热管式蒸发冷却器4的尾气侧Ⅱ42，具有较高温度的空气与淋水盘43洒下的水接触，致其蒸发，水蒸发成水蒸气，并同空气一同流到大气；此过程需要吸收大量显热，此时由于夏季冷凝段92的表面包覆着填料层921，可强化热质交换效果，夏季蒸发段91的热量通过蒸汽管路101传递到尾气侧Ⅱ42，从而降低了尾气侧Ⅱ42的温度，空气在引风机Ⅰ61的作用下，被表面设置有环形翅片132的夏季蒸发段91换热冷却后，经空气侧Ⅰ41进入到车室71内，以达到夏季降温的效果。
开启电动调节阀111，传感器82测量储液罐8内的温度，加热器81加热储液罐8内的惰性气体，储液罐8内的压力增大，强化液体管路102中液体工质103由尾气侧Ⅱ42流向空气侧Ⅰ41，空气侧Ⅰ41的热量通过蒸汽管路10传递到尾气侧Ⅱ42，起到强化的效果。
实施例2：冬季
如图5-6所示，打开阀门Ⅲ53和阀门Ⅴ55，关闭阀门Ⅱ52、阀门Ⅳ54和阀门Ⅵ56，图中，将不通的线路省略，汽车尾气72通过与热管换热器2尾气侧Ⅳ22，然后进入热管式蒸发冷却器4的尾气侧Ⅱ42，另外，在引风机Ⅱ62的作用下，经过相变换热器1的空气得到了加热，也进入到热管式蒸发冷却器4的尾气侧Ⅱ42，两高温空气和汽车尾气混合，加热冬季蒸发段94，冬季蒸发段94的热量通过蒸汽管路101传递到冬季冷凝段93，从而升高了空气侧Ⅰ41的温度；打开阀门Ⅰ51，淋水盘43滑动到热管式蒸发冷却器4的空气侧Ⅰ41上方，喷水，水在高温中蒸发，然后在引风机Ⅰ61的作用下，进入到车室71内，起到湿润空气的作用，关闭阀门Ⅰ51，可以起到冬季供暖的效果。
开启电动调节阀111，传感器82测量储液罐8内的温度，加热器81加热储液罐8内的惰性气体，储液罐8内的压力增大，强化液体管路102中液体工质103由空气侧Ⅰ41流向尾气侧Ⅱ42，尾气侧Ⅱ42的热量通过蒸汽管路10传递到空气侧Ⅰ41，起到强化的效果。
实施例3：夏季和冬季
与实施例1和实施例2不同的是，热管式蒸发冷却器4的空气侧Ⅰ41包括夏季蒸发段91和冬季冷凝段93，尾气侧Ⅱ42包括夏季冷凝段92和冬季蒸发段94，储液罐8通过导液管与液体管路102连接，导液管上设有电动调节阀111，该系统能够同时用于夏季和冬季的使用。
以上参考了优选实施例对本发明进行了描述，但本发明的保护范围并不限制于此，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来，且不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。因此，任何落入权利要求的范围内的所有技术方案均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种汽车尾气余热回收利用系统，包括相变换热器(1)、热管换热器(2)和汽车水箱(3)，其特征在于，还包括热管式蒸发冷却器(4)；
所述热管式蒸发冷却器(4)包括空气侧Ⅰ(41)和尾气侧Ⅱ(42)，所述空气侧Ⅰ(41)设有进水口Ⅰ、进气口Ⅰ和出气口Ⅰ，所述尾气侧Ⅱ(42)设有进气口Ⅱ和出气口Ⅱ；所述热管换热器(2)包括空气侧Ⅲ(21)和尾气侧Ⅳ(22)，所述空气侧Ⅲ(21)设有进气口Ⅲ和出气口Ⅲ，所述尾气侧Ⅳ(22)设有进气口Ⅳ和出气口Ⅳ；所述相变换热器(1)包括进气口Ⅴ和出气口Ⅴ；
所述进水口Ⅰ通过阀门Ⅰ(51)与汽车水箱(3)连接，进气口Ⅰ通过进气管与大气连接，出气口Ⅰ通过引风机Ⅰ(61)与车室(71)连接；所述出气口Ⅱ通过出气管与大气连接；所述进气口Ⅲ通过进气管与大气连接，出气口Ⅲ通过引风机Ⅱ(62)、阀门Ⅱ(52)与进气口Ⅱ连接；所述进气口Ⅳ通过进气管与汽车尾气(72)连接，出气口Ⅳ通过阀门Ⅲ(53)与进气口Ⅱ连接，并且出气口Ⅳ通过出气管与大气连接，出气口Ⅳ的出气管上设有阀门Ⅵ(56)；所述进气口Ⅴ通过阀门Ⅳ(54)与汽车尾气(72)连接，并且进气口Ⅴ通过进气管与大气连接，出气口Ⅴ通过出气管与大气连接，出气口Ⅴ连接的出气管连接阀门Ⅵ(56)，并且出气口Ⅴ通过引风机Ⅲ(63)、阀门Ⅴ(55)和阀门Ⅲ(53)与进气口Ⅱ连接；
所述热管式蒸发冷却器(4)还包括与进水口Ⅰ连接的淋水盘(43)，所述淋水盘(43)设置于热管式蒸发冷却器(4)的顶端，淋水盘(43)的两端设有可沿热管式蒸发冷却器(4)滑动的滑块，用以淋水盘(43)的位置切换。
2.根据权利要求1所述的汽车尾气余热回收利用系统，其特征在于，还包括储液罐(8)，所述储液罐(8)内设有加热器(81)和传感器(82)，且储液罐(8)内的上方填充惰性气体；所述热管式蒸发冷却器(4)的空气侧Ⅰ(41)包括夏季蒸发段(91)，尾气侧Ⅱ(42)包括夏季冷凝段(92)，夏季冷凝段(92)的表面包覆有填料层(921)；夏季蒸发段(91)和夏季冷凝段(92)的顶端通过蒸汽管路(101)连接，底端通过液体管路(102)连接，液体管路(102)内设有液体工质(103)；所述储液罐(8)通过导液管与液体管路(102)连接，导液管上设有电动调节阀(111)。
3.根据权利要求1所述的汽车尾气余热回收利用系统，其特征在于，还包括储液罐(8)，所述储液罐(8)内设有加热器(81)和传感器(82)，且储液罐(8)内的上方填充惰性气体；所述热管式蒸发冷却器(4)的空气侧Ⅰ(41)包括冬季冷凝段(93)，尾气侧Ⅱ(42)包括冬季蒸发段(94)；冬季冷凝段(93)和冬季蒸发段(94)的顶端通过蒸汽管路(101)连接，底端通过液体管路(102)连接，液体管路(102)内设有液体工质(103)；所述储液罐(8)通过导液管与液体管路(102)连接，导液管上设有电动调节阀(111)。
4.根据权利要求1所述的汽车尾气余热回收利用系统，其特征在于，所述进气口Ⅰ连接的进气管上设有过滤器Ⅰ(121)，用以吸附空气中的固体颗粒；所述出气口Ⅱ连接的出气管上设有过滤器Ⅳ(124)，用以吸附热管式蒸发冷却器(4)中的固体颗粒和尾气中的酸性化合物；所述出气口Ⅴ连接的出气管上设有过滤器Ⅴ(125)，用以吸附空气中的固体颗粒。
5.根据权利要求2所述的汽车尾气余热回收利用系统，其特征在于，所述液体管路(102)和夏季冷凝段(92)的内表面均设有吸液芯材料(131)。
6.根据权利要求3所述的汽车尾气余热回收利用系统，其特征在于，所述液体管路(102)和冬季蒸发段(94)的内表面均设有吸液芯材料(131)。
7.根据权利要求3所述的汽车尾气余热回收利用系统，其特征在于，所述冬季蒸发段(94)的表面包覆有填料层(921)。
8.根据权利要求2所述的汽车尾气余热回收利用系统，其特征在于，所述夏季蒸发段(91)的表面设计有环形翅片(132)。
9.根据权利要求3所述的汽车尾气余热回收利用系统，其特征在于，所述冬季冷凝段(93)的表面设计有环形翅片(132)。
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