CN111997721A - 排气热回收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种排气热回收系统，其可以包括：消声器，其包括消声器壳体、管道、挡板以及阀门，排放气体流过所述管道；所述挡板将消声器壳体中的内部空间分隔成第一空间和第二空间；所述阀门安装在管道的端部部分，以改变排放气体流动的方向；以及热交换器，其安装在消声器的外部，以与第一空间和第二空间流体连通，以使排放气体能够引入到其中并且从其中排出，所述热交换器包括冷却通道，冷却水流过所述冷却通道，并且在热交换器中进行排放气体与冷却水之间的热交换。

Description

排气热回收系统
技术领域
本发明涉及排气热回收系统。
背景技术
为了利用排放气体，通常在排放气体系统处设置排气热回收装置，以有效地利用排放气体的高热能。
这种排气热回收装置设计成从发动机或变速器获取冷却水和油，并且在冷却水和油与排放气体之间进行热交换，从而获得车辆的加热性能的改善和油摩擦的减少，从而提供改善车辆的燃料效率的效果。
迄今为止，已经积极地开发了与排气热回收装置有关的技术。然而，用于额外地设置在消声器处的传统的排气热回收装置具有以下缺点：难以将该设备应用于最近正在变得紧凑的车辆。此外，由于传统的排气热回收装置具有足够的热交换性能，但绝热性能严重变差，因此还存在冷却水过热从而对燃料效率等产生不利影响的问题。
因此，需要开发一种技术，该技术用于使用结构简单的设备来提高热交换和隔热性能并且回收排气热。
包含于本发明背景部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不可以被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面旨在提供一种排气热回收系统，该排气热回收系统具有紧凑的结构，该紧凑的结构构造为用于改善热交换和隔热的性能。
根据本发明的各个方面，上述和其他目的可以通过提供一种排气热回收系统来实现，该排气热回收系统包括：消声器，其包括消声器壳体、管道、挡板以及阀门，排放气体流过所述管道；所述挡板将消声器壳体中的内部空间分隔成第一空间和第二空间；所述阀门安装在管道的端部部分，以改变排放气体流动的方向；以及热交换器，其安装在消声器的外部，以与第一空间和第二空间流体连通，以使排放气体能够引入到其中并且从其中排出，所述热交换器包括冷却通道，冷却水流过所述冷却通道，并且在热交换器中进行排放气体与冷却水之间的热交换。
所述管道的端部部分可以延伸通过所述挡板，以暴露于第二空间，所述阀门安装至管道的端部部分。
所述热交换器可以包括排放气体通道，所述排放气体通道与所述第一空间和第二空间都流体连通。
所述排放气体通道和冷却通道可以构造为交替地堆叠。
所述排放气体通道可以线性地形成。
所述排放气体通道和冷却通道可以彼此平行地安装并且可以在热交换器的纵向方向上延伸。
所述阀门可以在管道中的排放气体压力等于或大于预定压力的时候打开。
所述排气热回收系统进一步可以包括：阀门打开和关闭单元，其安装在消声器的外部并且连接到阀门，以选择性地打开阀门；以及阀门打开和关闭驱动单元，其安装在消声器的外部，所述阀门打开和关闭驱动单元操作所述阀门打开和关闭单元，以改变排放气体流动的方向。
所述阀门打开和关闭驱动单元可以包括：壳体部分，所述壳体部分在其端部部分处连接到冷却水引入管道，并且在其中包括构造为根据内部空间的温度而膨胀或收缩的材料，冷却水从冷却水引入管道进入到壳体部分中，所述壳体部分具有圆柱形形状；以及弹性体，其安装在所述壳体部分的剩余端部部分与所述阀门打开和关闭单元之间的壳体部分中，所述弹性体会在材料根据冷却水的温度收缩或膨胀时而膨胀或压缩，以移动所述阀门打开和关闭驱动单元。
所述排气热回收系统进一步可以包括冷却水连接管道，所述冷却水连接管道安装在所述消声器的外部，以将所述壳体部分连接至所述热交换器的冷却通道。
所述冷却水引入管道可以与壳体部分同心地并且整体地形成。
所述冷却通道可以构造为具有“U”形状。
所述排气热回收系统进一步可以包括冷却水排出管道，通过热交换器中的冷却通道流通的冷却水从所述冷却水排出管道排放。
所述第一空间可以是吸声空间，所述第一空间可以填充有吸声材料，并且所述第二空间可以是膨胀空间。
所述热交换器可以与所述消声器隔开预定的距离。
所述消声器和所述热交换器可以通过半波长管道彼此连接。
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的实施方案中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的实施方案中进行详细陈述，这些附图和实施方案共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
图1是根据本发明的示例性实施方案的排气热回收系统的立体图；
图2是根据本发明的示例性实施方案的排气热回收系统的侧视图；
图3是根据本发明的示例性实施方案的排气热回收系统的平面图；
图4是沿图3中的A-A线截取的截面图；
图5是沿图3中的B-B线截取的截面图；
图6是示例性地示出根据本发明的示例性实施方案的排气热回收系统的热交换器的内部结构的视图；
图7是示例性地示出在阀门由于冷却水的温度低于预定温度或排放气体的压力低于预定压力而被关闭的状态下排气热的流动的视图；
图8是示例性地示出在阀门由于冷却水的温度高于预定温度或排放气体的压力高于预定压力而被配置为打开的状态下排气热的流动的视图；以及
图9是示例性地示出根据本发明的示例性实施方案的排气热回收系统中通过半波长管道降低噪声的效果的视图。
应当理解，附图不必按比例绘制，而是呈现各种特征的简化表示，以对说明本发明的基本原理的各种特征进行说明。本文所包含的本发明的具体设计特征例如包括具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
在这些图中，贯穿附图的多幅图，相同的附图标记表示本发明的相同或等同的部分。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的各个实施方案，其示例在附图和以下描述中示出。尽管本发明将结合本发明的示例性实施方案进行描述，但是可以理解本说明书并不旨在将本发明限制在这些示例性实施方案中。另一方面，本发明旨在不仅覆盖本发明的示例性实施方案，还包括各种替代的实施方案、修改的实施方案、等价的或其它的实施方案，所述实施方案包含在由所附权利要求所定义的本发明的精神和范围中。
现在将详细参照本发明的示例性的实施方案，其示例在附图中进行说明。只要可能，相同的附图标记将在整个附图中用于表示相同或相似的部件。
在下文中，将参照附图描述根据本发明的示例性实施方案的排气热回收系统。
图1是根据本发明的示例性实施方案的排气热回收系统的立体图。图2是根据本发明的示例性实施方案的排气热回收系统的侧视图。图3是根据本发明的示例性实施方案的排气热回收系统的平面图。图4是沿图3中的A-A线截取的截面图。图5是沿图3中的B-B线截取的截面图。图6是示例性地示出根据本发明的示例性实施方案的排气热回收系统的热交换器的内部结构的视图。图7是示例性地示出在阀门由于冷却水的温度低于预定温度或排放气体的压力低于预定压力而被关闭的状态下排气热的流动的视图。图8是示例性地示出在阀门由于冷却水的温度高于预定温度或排放气体的压力高于预定压力而被配置为打开的状态下排气热的流动的视图。图9是示例性地示出根据本发明的示例性实施方案的排气热回收系统中通过1/2半波长管道降低噪声的效果的视图。
尽管未在附图中示出，但是根据本发明的示例性实施方案的排气热回收系统是配置为通过将汽车发动机的冷却装置中的冷却水的热量与从汽车发动机排出的排放气体的热量进行交换来改善车辆的燃料效率的系统。
参照图1至图6，根据本发明的示例性实施方案的排气热回收系统可以包括消声器100和安装在消声器100外部的热交换器200。
消声器100可以包括消声器壳体110、管道120、挡板130以及阀门140；排放气体流过所述管道120；所述挡板130将消声器壳体110中的内部空间分隔成第一空间131和第二空间132；阀门140安装在管道的端部部分，以改变排放气体流动的方向。在此，管道120的同一个端部部分可以延伸穿过挡板130以暴露于第二空间132。阀门140可以安装在管道120的同一个端部部分上。
消声器壳体110可以支撑管道120，并且挡板130可以支撑消声器壳体110。从发动机排出的排放气体可以流过管道120。
根据本发明的示例性实施方案，由挡板130分隔的第一空间131可以是吸声空间，并且第二空间132可以是扩展空间。如图5所示，第一空间131可以填充有吸声材料1311。尽管根据本发明的示例性实施方案，吸声材料1311可以是玻璃棉，但是该吸声材料仅仅是示例，并且第一空间131可以填充有其它吸声材料。包括由挡板130分隔的第一空间131和第二空间132的消声器100可以是吸声膨胀型。
根据本发明的示例性实施方案，当管道120中的排放气体压力等于或大于预定压力时，可以打开阀门140。换而言之，阀门140可以在管道120中的排放气体压力低于预定压力时保持关闭，并且可以在管道120中的排放气体压力等于或大于预定压力时打开。在此，可以根据阀门140的规格来改变使阀门140打开或关闭的排放气体的预定压力。
此外，阀门140可以由阀门打开和关闭驱动单元400打开或关闭，这将在后面描述。阀门140的打开和关闭将在后面详细说明。
热交换器200可以安装在消声器100的外部，并且优选地可以与消声器100隔开预定距离。用于通过回收排放气体的热来改善燃料效率的排气热回收系统具有配置为减少在冷启动时的摩擦损失以及提供启动空调所需的热量的优点。然而，在进行充分的预热后，在排放气体与冷却水之间进行热交换时，存在冷却水过热而对燃料效率产生不良影响的问题。根据本发明的示例性实施方案，为了解决上述问题，热交换器200可以安装在消声器100的外部，以与消声器100隔开预定距离，从而提高了隔热性能。
热交换器200可以与消声器100中的第一空间131和第二空间132两者流体连通，以使排放气体能够引入到热交换器200中并且从热交换器200中排出。如图7和图8所示，热交换器200和消声器100可以经由半波长管道800彼此连接。如图9所示，根据本发明的示例性实施方案，由于热交换器200和消声器100经由半波长管道800彼此连接，可以进一步改善排放气体的噪声降低效率。
热交换器200可以包括排放气体通道220，排放气体流过该排放气体通道220，如图6所示。排放气体通道220可以与消声器100中的第一空间131和第二空间132两者流体连通，使得管道中的排放气体通过热交换器200从第一空间131流到第二空间132，如图7所示。
此外，如图6所示，热交换器200可以包括冷却通道210，冷却水流过所述冷却通道210。冷却通道210可以构造成具有“U”形状，使得冷却水输入所通过的部分和冷却水输出所通过的部分位于其同一侧。冷却水可以是从发动机冷却器引入的冷却水。流过排放气体通道220的排放气体和流过冷却通道210的冷却水可以在热交换器200中彼此交换热量。
热交换器200中的冷却通道210和排放气体通道220可以配置为具有交替堆叠的结构。排放气体通道220可以线性地形成。冷却通道210和排放气体通道220彼此平行地安装并且在其纵向上延伸。如上所述，由于热交换器200中的排放气体通道220是线性地形成的，因此可以使排放气体的流动阻力最小化。此外，由于冷却通道210和排放气体通道220交替地堆叠以彼此平行地安装并且在热交换器200的纵向方向上延伸，所以能够使排放气体与冷却水彼此进行热交换的接触面积最大化，因此能够实现排放气体与冷却水之间的最佳热交换。
根据本发明的示例性实施方案的排气热回收系统可以进一步包括阀门打开和关闭单元300、阀门打开和关闭驱动单元400、冷却水引入管道500、冷却水连接管道600以及冷却水排出管道700。
阀门打开和关闭单元300可以安装在消声器100的外部，并且可以连接到阀门140以打开或关闭阀门140。可以通过阀门打开和关闭驱动单元400的致动来操作阀门打开和关闭单元300以打开或关闭阀门140。
阀门打开和关闭驱动单元400可以安装在消声器100的外部，并且可以操作阀门打开和关闭单元300以改变排放气体流动的方向，参见图2和图5，阀门打开和关闭驱动单元400可以包括壳体部分410和弹性体420。
如图2和图5所示，根据本发明的示例性实施方案，壳体部分410可以配置为具有圆柱形形状，并且可以在其端部部分处连接至引入冷却水的冷却水引入管道500。根据本发明的示例性实施方案，冷却水引入管道500可以与壳体部分410同心并且一体地形成。根据本发明的示例性实施方案，由于冷却水引入管道500和壳体部分410彼此一体地形成并且线性地形成，因此可以使整个结构紧凑。
壳体部分410可以包括材料411，该材料411根据内部空间的温度而膨胀或收缩。包含在壳体部分410中的材料411可以根据通过冷却水引入管道500引入到壳体部分410中的冷却水的温度而膨胀或收缩。
如图2和图5所示，弹性体420可以位于壳体部分410的另一个端部部分与阀门打开和关闭单元300之间。当包含在壳体部分410中的材料411根据引入壳体部分410中的冷却水的温度而膨胀或收缩时，弹性体420可以膨胀或压缩，从而允许阀门打开和关闭驱动单元400移动。根据本发明的示例性实施方案，弹性体420可以是弹簧。但是，这仅是示例。根据本发明的示例性实施方案的弹性体420可以实施为除了弹簧之外的任何构件，只要该构件配置为通过包含在壳体部分410中的材料411的收缩或膨胀而膨胀或压缩即可。
参照图5、图7和图8，根据本发明的示例性实施方案，当壳体部分410中的冷却水的温度等于或大于预定温度时，壳体部分410中包含的材料411膨胀，并且壳体部分410的另一个端部部分向右移动，压缩弹性体420。结果，阀门打开和关闭驱动单元400由于弹性体420的弹力而操作，从而打开阀门140。同时，当壳体部分410中的冷却水的温度低于预定温度时，壳体部分410中包含的材料411收缩，因此，壳体部分410的另一个端部部分向左移动，使弹性体420恢复。结果，释放了阀门打开和关闭驱动单元400操作阀门140所需的驱动力，从而关闭了阀门140。
当引入到壳体部分410中的冷却水的温度低于预定温度或者管道120中的排放气体的压力低于预定压力时，阀门140可以处于关闭状态，如图7所示。此时，排放气体按此顺序流过第一空间131，半波长管道800，热交换器200以及第二空间132，提供降低噪声的效果。
如图7所示，在本发明的示例性实施方案中，消声器100的第一空间131和热交换器200经由第一半波长管道800彼此连接，消声器100的第二空间132和热交换器200经由第二半波长管道800彼此连接。
同时，当引入到壳体部分410中的冷却水的温度等于或大于预定温度或管道140中的排放气体的压力等于或大于预定压力时，阀门140可以处于打开状态，如图8所示。此时，排放气体从第一空间131流动到第二空间132，提供降低噪声的效果。
如图1、图2和图5所示，冷却水连接管道600可以安装在消声器100的外部，以构造为将壳体部分410连接到热交换器200中的冷却通道210。换而言之，通过冷却水引入管道500引入到壳体部分410中的冷却水可以通过冷却水连接管道600引入到热交换器200中的冷却通道210中。
冷却水排出管道700可以排出已经在热交换器200中通过冷却通道210流通的冷却水。
在本发明的示例性实施方案中，阀门打开和关闭单元300可以包括铰链310和杆320，所述杆320连接到铰链310，以将阀门140可枢转地连接到消声器100，并且阀门打开和关闭驱动单元400可以进一步包括连接到材料411的柱塞430，而弹性体420安装在柱塞430与材料411之间，从而使得，当材料411膨胀时，材料411推动柱塞430，然后柱塞430推动杆320，从而打开阀门140。
如上所述，由于上述构造，根据本发明的示例性实施方案的排气热回收系统配置为通过紧凑的结构来改善热交换性能和绝热性能。
从以上描述中显而易见的是，本发明的各个方面旨在提供一种排气热回收系统，该排气热回收系统构造为用于改善热交换性能和绝热性能并且使结构紧凑。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“上面”、“下面”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“后部”、“内部”、“外部”、“朝向内部”、“朝向外部”、“内部的”、“外部的”、“内侧”、“外侧”、“向前”、“向后”被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性具体实施方案的特征。将进一步理解，术语“连接”或其衍生词指的是直接连接和间接连接。
为了说明和描述的目的，上文已经对本发明的具体的示例性实施方案进行了描述。它们并不旨在详尽或将本发明限制在所公开的精确的方案中，并且显然，根据上述教示可以进行各种修改和变化。选择和描述的示例性实施方案是为了解释本发明的某些原则和其实际应用，以使其他本领域技术人员制造和使用本发明的各种示例性实施方案，及其替代方案和修改方案。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等价形式所定义。

Claims (18)

1.一种排气热回收系统，其包括：
消声器，其包括消声器壳体、管道、挡板以及阀门，排放气体流过所述管道；所述挡板将消声器壳体中的内部空间分隔成第一空间和第二空间；所述阀门安装在管道的第一端部部分，以改变排放气体流动的方向；以及
热交换器，其安装在消声器的外部，以与第一空间和第二空间流体连通，以使排放气体能够引入到热交换器中并且从热交换器中排出，
其中，所述热交换器包括冷却通道，冷却水流过所述冷却通道，从而在热交换器中进行排放气体和冷却水之间的热量交换。
2.根据权利要求1所述的排气热回收系统，
其中，所述管道的第一端部部分延伸通过所述挡板，以暴露于所述消声器中的第二空间，所述阀门安装至消声器中的管道的第一端部部分。
3.根据权利要求1所述的排气热回收系统，
其中，所述热交换器进一步包括与第一空间和第二空间流体连通的排放气体通道。
4.根据权利要求3所述的排气热回收系统，
其中，排放气体通道和冷却通道在热交换器中交替地堆叠。
5.根据权利要求3所述的排气热回收系统，其中，所述排放气体通道线性地形成。
6.根据权利要求3所述的排气热回收系统，
其中，所述排放气体通道和冷却通道彼此平行地安装并且在热交换器的纵向方向上延伸。
7.根据权利要求1所述的排气热回收系统，
其中，所述阀门构造为响应于管道中的排放气体压力等于或大于预定压力而打开。
8.根据权利要求1所述的排气热回收系统，进一步包括：
阀门打开和关闭单元，其安装在消声器的外部并且连接到阀门，以选择性地打开阀门；以及
阀门打开和关闭驱动单元，其安装在消声器的外部，所述阀门打开和关闭驱动单元配置为操作所述阀门打开和关闭单元，以改变排放气体流动的方向。
9.根据权利要求8所述的排气热回收系统，其中，所述阀门打开和关闭驱动单元包括：
壳体部分，其第一端部部分连接至冷却水引入管道；壳体部分包括配置为根据温度而膨胀或收缩的材料；冷却水从冷却水引入管道引入到壳体部分中；以及
弹性体，其安装在所述壳体部分的第二端部部分与所述阀门打开和关闭单元之间，并且弹性地支撑所述壳体部分的材料，其中，所述弹性体配置为会膨胀或压缩，以在材料根据冷却水的温度而收缩或膨胀时选择性地移动所述阀门。
10.根据权利要求9所述的排气热回收系统，
其中，阀门打开和关闭单元包括枢转地安装在消声器上的铰链和连接到所述铰链的杆；
所述阀门打开和关闭驱动单元进一步包括连接到所述材料的柱塞，所述弹性体安装在所述柱塞与所述材料之间，使得当所述材料膨胀时，所述材料推动所述柱塞，然后所述柱塞推动所述杆，以便打开阀门。
11.根据权利要求9所述的排气热回收系统，进一步包括冷却水连接管道，所述冷却水连接管道安装在所述消声器的外部，所述冷却水连接管道将所述壳体部分连接至所述热交换器的冷却通道。
12.根据权利要求9所述的排气热回收系统，
其中，冷却水引入管道与壳体部分同心地并且整体地形成。
13.根据权利要求1所述的排气热回收系统，
其中，所述冷却通道具有“U”形状。
14.根据权利要求1所述的排气热回收系统，其中，所述热交换器进一步包括冷却水排出管道，通过热交换器中的冷却通道流通的冷却水从所述冷却水排出管道排放到热交换器外部。
15.根据权利要求1所述的排气热回收系统，
其中，所述第一空间是吸声空间，所述第一空间填充有吸声材料，所述第二空间是用于排放气体的膨胀空间。
16.根据权利要求1所述的排气热回收系统，
其中，所述热交换器与所述消声器隔开预定的距离。
17.根据权利要求1所述的排气热回收系统，
其中，所述消声器和所述热交换器通过半波长管道彼此连接。
18.根据权利要求1所述的排气热回收系统，
其中，所述消声器的第一空间与所述热交换器经由第一管道彼此连接，所述消声器的第二空间与所述热交换器经由第二管道彼此连接。
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