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熱傳導和熱輻射效應疊加的級聯式汽車尾氣換熱裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510967587.8

申請日:

2015.12.22

公開號:

CN105422227A

公開日:

2016.03.23

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F01N 5/02申請日:20151222|||公開
IPC分類號: F01N5/02 主分類號: F01N5/02
申請人: 常熟理工學院
發明人: 李智超; 羅野
地址: 215500江蘇省蘇州市常熟市南三環路99號
優先權:
專利代理機構: 常熟市常新專利商標事務所(普通合伙)32113 代理人: 何艷
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510967587.8

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.06.05|||2016.04.20|||2016.03.23

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種熱傳導和熱輻射效應疊加的級聯式汽車尾氣換熱裝置,屬于汽車節能裝置技術領域。包括催化凈化器、一組換熱單元、波紋管、副消聲器、主消聲器、一組級聯管和第一、第二、第三排氣管、排氣尾管及換熱裝置輸入、輸出管,催化凈化器、副消聲器、主消聲器及第一、第二、第三排氣管的外表面套設換熱單元,催化凈化器、第一排氣管、波紋管、第二排氣管、副消聲器、第三排氣管、主消聲器和排氣尾管依次連接,相鄰的兩換熱單元間通過級聯管連通,換熱裝置輸入管連接在主消聲器外的換熱單元上,換熱裝置輸出管連接在催化凈化器外的換熱單元上。節約制造成本,提高熱能回收率;以熱輻射作用將熱能二次傳導給流體導熱介質,進一步提高尾氣熱能的回收率。

權利要求書

1.一種熱傳導和熱輻射效應疊加的級聯式汽車尾氣換熱裝置,其特征在于:包括一催化凈化器(1)、一組換熱單元(2)、一波紋管(3)、一副消聲器(4)、一主消聲器(5)、一組級聯管(6)和一第一排氣管(7a)、一第二排氣管(7b)、一第三排氣管(7c)、一排氣尾管(7d)以及一換熱裝置輸入管(8a)和一換熱裝置輸出管(8b),所述的催化凈化器(1)、副消聲器(4)、主消聲器(5)以及第一排氣管(7a)、第二排氣管(7b)、第三排氣管(7c)的外表面上以外包圍的形式分別套設有一換熱單元(2),而所述的催化凈化器(1)、第一排氣管(7a)、波紋管(3)、第二排氣管(7b)、副消聲器(4)、第三排氣管(7c)、主消聲器(5)和排氣尾管(7d)分別依次連接,相鄰的兩換熱單元(2)之間分別通過級聯管(6)連通,所述的換熱裝置輸入管(8a)連接在所述主消聲器(5)外的換熱單元(2)上,所述的換熱裝置輸出管(8b)連接在所述催化凈化器(1)外的換熱單元(2)上。2.根據權利要求1所述的熱傳導和熱輻射效應疊加的級聯式汽車尾氣換熱裝置,其特征在于所述的換熱單元(2)包括換熱單元套管(21)、換熱單元套筒(22)、換熱單元輸出口(23)和換熱單元輸入口(24),所述的換熱單元套筒(22)以外包圍的形式密封焊接在換熱單元套管(21)上并且在兩者之間形成有換熱單元內腔(25),所述的換熱單元輸出口(23)和換熱單元輸入口(24)分別與換熱單元內腔(25)連通,所述的換熱單元(2)各自通過換熱單元套管(21)套設并固定在所述的催化凈化器(1)、副消聲器(4)、主消聲器(5)以及第一排氣管(7a)、第二排氣管(7b)、第三排氣管(7c)的外表面上。3.根據權利要求2所述的熱傳導和熱輻射效應疊加的級聯式汽車尾氣換熱裝置,其特征在于所述的換熱單元套筒(22)的外表面還涂覆有一紅外線涂料層(221),并且在該紅外線涂料層(221)上包覆一鋁板(222)。4.根據權利要求3所述的熱傳導和熱輻射效應疊加的級聯式汽車尾氣換熱裝置,其特征在于所述的鋁板(222)的厚度為0.5~1.0mm。5.根據權利要求1所述的熱傳導和熱輻射效應疊加的級聯式汽車尾氣換熱裝置,其特征在于所述的催化凈化器(1)、第一排氣管(7a)、第二排氣管(7b)、副消聲器(4)、第三排氣管(7c)、主消聲器(5)外的換熱單元(2)隨著汽車尾氣排氣系統溫度場梯度由高向低依次分布;而流體導熱介質從所述的換熱裝置輸入管(8a)流入并通過級聯管(6)依次流經主消聲器(5)、第三排氣管(7c)、副消聲器(4)、第二排氣管(7b)、第一排氣管(7a)、催化凈化器(1)外的換熱單元(2),經過強度遞增的溫度場逐級加熱,獲得熱能的流體導熱介質從換熱裝置輸出管(8b)流出并供給汽車尾氣余熱利用環節。6.根據權利要求2所述的熱傳導和熱輻射效應疊加的級聯式汽車尾氣換熱裝置,其特征在于所述的換熱單元(2)通過與換熱單元輸入口(24)連接的換熱裝置輸入管(8a)或級聯管(6)將流體導熱介質導入換熱單元內腔(25)內,再通過與換熱單元輸出口(23)連接的換熱裝置輸出管(8b)或級聯管(6)導出。

說明書

熱傳導和熱輻射效應疊加的級聯式汽車尾氣換熱裝置

技術領域

本發明屬于汽車節能裝置技術領域,具體涉及一種熱傳導和熱輻射效應疊加的級聯式汽車尾氣換熱裝置。

背景技術

汽車燃油總能量的一半以上轉化為熱能,其中主要以尾氣余熱的形式向大氣中排放,回收利用汽車尾氣余熱,已經受到了人們高度關注,成為節能型汽車的發展方向之一。而回收利用汽車尾氣余熱主要包括兩個環節:一是回收方式,其主要形式有固態導熱介質與汽車排氣管之間的熱傳導和熱輻射方式,還有流體導熱介質與汽車排氣管之間的熱傳導方式;二是利用途徑,其技術正在日漸豐富,常見的有將導熱介質提取的尾氣余熱用于加熱、制冷、蓄力和發電等。在使用流體導熱介質的汽車尾氣換熱裝置中,現有的技術文獻主要使用單體換熱器并采取熱傳導形式,同時為增強汽車尾氣余熱的回收效果,通常會在汽車排氣管內腔徑向設置導熱柵欄或順向設置平行分管,以擴大熱傳導的接觸面,這樣會對汽車排氣形成阻礙且造成排氣管的制造成本升高。例如,中國發明專利申請公布號CN105134350A所提供的一種“汽車尾氣余熱利用裝置”,其包括加熱箱、上連接管、下連接管、貯水箱、蒸煮器;貯水箱固定在車內的機架上,蒸煮器連接在貯水箱上,加熱箱設有供汽車排氣管貫穿的排氣管孔,上連接管下端與加熱箱固定連接,上連接管上端與貯水箱底部固定連接,下連接管下端與加熱箱固定連接,下連接管上端與貯水箱底部固定連接;貯水箱上端設置進水口和閥門,加熱箱設置有排水口和閥門。還包括用于插在汽車排氣管上的熱管,該熱管包括冷凝端和位于排氣管中的蒸發端,冷凝端位于加熱箱內。該技術方案存在的不足是:由于蒸發端位于排氣管中,這樣不僅增加了排氣管的制造成本,而且影響汽車排氣的暢通狀況,從而降低發動機的出力效果。

鑒于上述存在問題,有必要對現有的汽車尾氣換熱裝置加以改進。為此,本申請人作了積極而有效的探索,終于形成了下面將要介紹的技術方案。

發明內容

本發明的目的是要提供一種熱傳導和熱輻射效應疊加的級聯式汽車尾氣換熱裝置,其換熱單元沿汽車排氣管分布,相互級聯,以階梯方式逐級加熱流體導熱介質,并且換熱單元同時利用熱傳導和熱輻射原理使流體導熱介質獲取汽車尾氣余熱。

本發明的目的是這樣來達到的,一種熱傳導和熱輻射效應疊加的級聯式汽車尾氣換熱裝置,其特征在于:包括一催化凈化器、一組換熱單元、一波紋管、一副消聲器、一主消聲器、一組級聯管和一第一排氣管、一第二排氣管、一第三排氣管、一排氣尾管以及一換熱裝置輸入管和一換熱裝置輸出管,所述的催化凈化器、副消聲器、主消聲器以及第一排氣管、第二排氣管、第三排氣管的外表面上以外包圍的形式分別套設有一換熱單元,而所述的催化凈化器、第一排氣管、波紋管、第二排氣管、副消聲器、第三排氣管、主消聲器和排氣尾管分別依次連接,相鄰的兩換熱單元之間分別通過級聯管連通,所述的換熱裝置輸入管連接在所述主消聲器外的換熱單元上,所述的換熱裝置輸出管連接在所述催化凈化器外的換熱單元上。

在本發明的一個具體的實施例中,所述的換熱單元包括換熱單元套管、換熱單元套筒、換熱單元輸出口和換熱單元輸入口,所述的換熱單元套筒以外包圍的形式密封焊接在換熱單元套管上并且在兩者之間形成有換熱單元內腔,所述的換熱單元輸出口和換熱單元輸入口分別與換熱單元內腔連通,所述的換熱單元各自通過換熱單元套管套設并固定在所述的催化凈化器、副消聲器、主消聲器以及第一排氣管、第二排氣管、第三排氣管的外表面上。

在本發明的另一個具體的實施例中,所述的換熱單元套筒的外表面還涂覆有一紅外線涂料層,并且在該紅外線涂料層上包覆一鋁板。

在本發明的又一個具體的實施例中,所述的鋁板的厚度為0.5~1.0mm。

在本發明的再一個具體的實施例中,所述的催化凈化器、第一排氣管、第二排氣管、副消聲器、第三排氣管、主消聲器外的換熱單元隨著汽車尾氣排氣系統溫度場梯度由高向低依次分布;而流體導熱介質從所述的換熱裝置輸入管流入并通過級聯管依次流經主消聲器、第三排氣管、副消聲器、第二排氣管、第一排氣管、催化凈化器外的換熱單元,經過強度遞增的溫度場逐級加熱,獲得熱能的流體導熱介質從換熱裝置輸出管流出并供給汽車尾氣余熱利用環節。

在本發明的進而一個具體的實施例中,所述的換熱單元通過與換熱單元輸入口連接的換熱裝置輸入管或級聯管將流體導熱介質導入換熱單元內腔內,再通過與換熱單元輸出口連接的換熱裝置輸出管或級聯管導出。

本發明由于采用上述結構后,具有的有益效果:首先,由于換熱單元采用套設固定的方式并采取級聯方式連通,因而能在不改變原有排氣系統結構的前提下,通過熱傳導作用將熱能傳遞給在換熱單元內腔中流動的流體導熱介質,不僅節約了排氣管的制造成本,還有效提高了熱能回收率;其次,由于在換熱單元的最外層涂覆有一層紅外線涂料層并在涂料層外包覆有一層鋁板,因而在換熱單元中的流體導熱介質升溫后使紅外線涂料產生紅外線,由紅外線涂料層外包覆的鋁板將紅外線反射回換熱單元內腔,以熱輻射作用將熱能二次傳導給流體導熱介質,進一步提高了尾氣熱能的回收率。

附圖說明

圖1為本發明一實施例的結構示意圖。

圖2為本發明所述的換熱單元的平面示意圖。

圖3為本發明所述的換熱單元的橫截面圖。

圖中:1.催化凈化器、2.換熱單元、21.換熱單元套管、22.換熱單元套筒、221.紅外線涂料層、222.鋁板、23.換熱單元輸出口、24.換熱單元輸入口、25.換熱單元內腔、3.波紋管、4.副消聲器、5.主消聲器、6.級聯管、7a.第一排氣管、7b.第二排氣管、7c.第三排氣管、7d.排氣尾管、8a.換熱裝置輸入管、8b.換熱裝置輸出管、9a.第一法蘭、9b.第二法蘭、9c.第三法蘭、9d.第四法蘭、9e.第五法蘭。

具體實施方式

申請人將在下面結合附圖對本發明的具體實施方式作詳細描述,但申請人對實施例的描述不是對技術方案的限制,任何依據本發明構思作形式而非實質的變化都應當視為本發明的保護范圍。

請參閱圖1,本發明涉及一種熱傳導和熱輻射效應疊加的級聯式汽車尾氣換熱裝置,包括一催化凈化器1、一組換熱單元2、一波紋管3、一副消聲器4、一主消聲器5、一組級聯管6和一第一排氣管7a、一第二排氣管7b、一第三排氣管7c、一排氣尾管7d以及一換熱裝置輸入管8a和一換熱裝置輸出管8b,所述的催化凈化器1與第一排氣管7a的一端通過第一法蘭9a連接固定,所述的波紋管3的兩端分別通過第二法蘭9b和第三法蘭9c與第一排氣管7a的另一端和第二排氣管7b的一端固定連接,所述第二排氣管7b的另一端與副消聲器4的一端通過第四法蘭9d連接,而副消聲器4的另一端直接與第三排氣管7c的一端焊接,該第三排氣管7c的另一端又與主消聲器5的一端通過第五法蘭9e連接,所述的排氣尾管7d焊接在主消聲器5的另一端上,在催化凈化器1、副消聲器4、主消聲器5以及第一排氣管7a、第二排氣管7b、第三排氣管7c的外表面上以外包圍的形式分別套設有一換熱單元2,而所述的催化凈化器1、第一排氣管7a、波紋管3、第二排氣管7b、副消聲器4、第三排氣管7c、主消聲器5和排氣尾管7d分別依次連接,相鄰的兩換熱單元2之間分別通過級聯管6連通,所述的換熱裝置輸入管8a連接在所述主消聲器5外的換熱單元2上,所述的換熱裝置輸出管8b連接在所述催化凈化器1外的換熱單元2上。

請參閱圖2并結合圖3,所述的換熱單元2包括換熱單元套管21、換熱單元套筒22、換熱單元輸出口23和換熱單元輸入口24,所述的換熱單元套筒22以外包圍的形式密封焊接在換熱單元套管21上并且在兩者之間形成有換熱單元內腔25,所述的換熱單元輸出口23和換熱單元輸入口24分別與換熱單元內腔25連通,所述的換熱單元2各自通過換熱單元套管21套設并固定在所述的催化凈化器1、副消聲器4、主消聲器5以及第一排氣管7a、第二排氣管7b、第三排氣管7c的外表面上。所述的換熱單元套筒22的外表面還涂覆有一紅外線涂料層221,并且在該紅外線涂料層221上包覆一鋁板222。所述的鋁板222的厚度不受任何限制,在本實施例中優選為0.5~1.0mm。

請參閱圖1并結合圖2和圖3,本發明所述的催化凈化器1、第一排氣管7a、第二排氣管7b、副消聲器4、第三排氣管7c、主消聲器5外的換熱單元2隨著汽車尾氣排氣系統溫度場梯度由高向低依次分布;而流體導熱介質從所述的換熱裝置輸入管8a流入并通過級聯管6依次流經主消聲器5、第三排氣管7c、副消聲器4、第二排氣管7b、第一排氣管7a、催化凈化器1外的換熱單元2,經過強度遞增的溫度場逐級加熱,獲得熱能的流體導熱介質從換熱裝置輸出管8b流出并供給汽車尾氣余熱利用環節。

同時,所述的換熱單元2通過與換熱單元輸入口24連接的換熱裝置輸入管8a或級聯管6將流體導熱介質導入換熱單元內腔25內,再通過與換熱單元輸出口23連接的換熱裝置輸出管8b或級聯管6導出,流體導熱介質溫度升高后,促使換熱單元套筒22上的紅外線涂料層221產生紅外線,并通過鋁板222將紅外線反射回換熱單元內腔25,以熱輻射作用將熱能二次傳導給流體導熱介質。

本發明沿汽車排氣系統多處設置換熱單元,流體導熱介質經多個換熱單元接力式加熱,既擴大余熱回收的接觸面積,又不會對汽車排氣形成阻礙;在換熱單元中,同時利用熱傳導和熱輻射作用將熱能傳遞給流體導熱介質,可極大地提高汽車尾氣余熱回收的效率。

關 鍵 詞:
熱傳導 熱輻射 效應 疊加 級聯 汽車尾氣 裝置
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