一種汽車排氣管廢熱回收系統的製作方法

2023-10-27 07:12:02

專利名稱：一種汽車排氣管廢熱回收系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及排氣廢熱回收領域，特別涉及一種汽車排氣管廢熱回收系統。
背景技術：
現有的汽車廢熱回收裝置大多是用汽車尾氣廢熱來發電，並將電能存入汽車車載蓄電池中，降低了汙染，提高了能源利用率。在汽車排氣系統中，常常用到催化轉化器，催化轉化器的作用是，分解碳氫燃料燃燒產生的廢氣中不完全燃燒的碳氫化合物，CO和各種氮氧化合物。通常在催化轉化器內部的蜂窩狀陶瓷基底上塗有少量的鉬、銠和鈀等貴金屬微粒，廢氣流過時有害成分會被貴金屬微粒催化劑氧化和還原分解為無害的氣體。在US7051522B2的專利文件中，公開了一種汽車排氣管廢熱回收系統，提供了一個內燃機汽車的廢氣旁通支管；一個安裝在另一廢氣支管上的熱電能量回收系統(ERS)，一個在廢氣支管與廢氣旁通支管之間分配廢氣流的三通結構；一個在排氣總管上的催化轉化器。當催化轉化器的溫度低於參考溫度時，廢氣流經廢氣旁通支管而不流入ERS管段。當催化轉化器的溫度高於參考溫度時，廢氣才流經ERS管段使廢熱能量轉化為電能，致使廢氣溫度下降，防止催化轉化器過熱。該專利的缺點是，根據溫度適用範圍的不同用於汽車排氣管廢熱發電的熱電材料可以分為高溫材料和中溫材料，不同熱電材料的熱電模塊在某一溫度範圍內ZT值大且發電效率高，而超出這一溫度範圍時ZT值變小且發電效率很低，由於發動機排放的廢氣溫度變化頻繁，只有溫度達到一定程度，熱電回收系統才能工作，在範圍很大的中溫區域時無法充分利用能量，導致發電效率較低。另外，由於車用發動機不斷變化的廢氣高溫環境，擋板易受交變的熱應力衝擊，熱應力衝擊引起的伸縮變形以及頻繁翻轉帶來的運動副磨損會嚴重影響擋板及其執行元件的可靠性，擋板的分流控制失靈會導致催化轉化器的催化劑燒結成團而失效，擋板的頻繁翻轉也會產生撞擊噪聲。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種排氣管廢熱回收效率高、廢熱回收系統壽命長、催化轉化器不易因溫度過高導致貴金屬燒結成團而失效的汽車排氣管廢熱回收系統。本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下:一種汽車排氣管廢熱回收系統，包括用於將發動機廢氣排出的第一排氣總管，所述第一排氣總管的輸出口通過第一三通分別連接到第一排氣支管的輸入口和排氣分導管的輸入口，所述排氣分導管的輸出口通過第二三通分別連接到第二排氣支管的輸入口和第三排氣支管的輸入口，所述第一排氣支管的輸出口、所述第二排氣支管的輸出口和所述第三排氣支管的輸出口通過一個四通匯聚到第二排氣總管的輸入口，所述第二排氣總管的輸出口連接到催化轉化器的輸入口，所述催化轉化器的輸出口連接到第三排氣總管的輸入口，所述第三排氣總管上還設有第三熱電回收系統，所述第三排氣總管的輸出口與外界大氣連通；[0007]所述第一排氣總管的輸出口處設有用於調節所述第一排氣支管輸入口開度和所述排氣分導管輸入口開度的第一擋板；所述排氣分導管的輸出口處設有用於調節所述第二排氣支管輸入口開度和所述第三排氣支管輸入口開度的第二擋板；所述第一排氣支管上設有第一熱電回收系統，所述第一熱電回收系統與第一冷源相接觸，所述第一熱電回收系統與車載蓄電池電連接，用於通過所述第一排氣支管與所述第一冷源之間的溫差發電並將產生的電能供給車載蓄電池；所述第二排氣支管上設有第二熱電回收系統，所述第二熱電回收系統與第二冷源相接觸，所述第二熱電回收系統與車載蓄電池電連接，用於通過所述第二排氣支管與所述第二冷源之間的溫差發電並將產生的電能供給車載蓄電池。本實用新型的有益效果是:從結構上來說，該廢熱回收系統增加和細化了排氣管路結構，增加了熱電回收系統，提供了一個具備更充分實施廢熱回收控制方法的系統平臺，充分利用了多條排氣管路，使不同溫度段的廢氣可以利用不同特性的熱電回收系統充分發電，因此提升了廢熱能源回收的效率。同時還可以結合其他控制算法，進一步優化系統。最後，本系統可在現有基礎上進行改進得到，易於推廣使用。在上述技術方案的基礎上，本實用新型還可以做如下改進:進一步，所述第一冷源和所述第二冷源均為冷卻水，所述第一冷源的管路上設有調節第一冷源冷卻水流量的第一調節閥，所述第二冷源的管路上設有調節第二冷源冷卻水流量的第二調節閥。採用上述進一步方案的有益效果是作為一種冷源的優選實現方法，簡單方便，易於實現，成本低。進一步，所述第一擋板和所述第二擋板均為金屬板。採用上述進一步方案的有益效果是易於實現，結實耐用。進一步，所述第一擋板連接有第一擋板驅動電機，所述第二擋板連接有第二擋板驅動電機。採用上述進一步方案的有益效果是方便簡單的驅動擋板動作，易於實現。進一步，所述第一排氣總管的輸出口處設有溫度傳感器。採用上述進一步方案的有益效果是用於測量第一排氣總管的輸出口處的溫度。進一步，所述催化轉化器內設有溫度傳感器。採用上述進一步方案的有益效果是用於測量催化轉化器的溫度。

圖1為本實用新型一種汽車排氣管廢熱回收系統的結構示意圖；附圖中，各標號所代表的部件列表如下:1、第一排氣總管，2、第一三通,3、第一排氣支管,4、排氣分導管,5、第二三通,6、第二排氣支管，7、第三排氣支管，8、四通，9、第二排氣總管，10、催化轉化器，11、第三排氣總管，12、第三熱電回收系統，13、第一擋板，14、第二擋板，15、第一熱電回收系統，16、第一冷源，17、第二熱電回收系統，18、第二冷源，101、發動機，102、變速器，103、散熱器，104、前軸，105、前輪，106、驅動軸，107、後軸，108、後輪，201、第一溫度傳感器，202、第二溫度傳感器，203、控制器。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本實用新型，並非用於限定本實用新型的範圍。如圖1所示的汽車上包括有:前軸104、前輪105、驅動軸106、後軸107、後輪108共同形成了車架結構，車架上包括有發動機101、變速箱102和散熱器103。一種汽車排氣管廢熱回收系統，包括用於將發動機廢氣排出的第一排氣總管1，第一排氣總管I的輸出口通過第一三通2分別連接到第一排氣支管3的輸入口和排氣分導管4的輸入口，排氣分導管4的輸出口通過第二三通5分別連接到第二排氣支管6的輸入口和第三排氣支管7的輸入口，第一排氣支管3的輸出口、第二排氣支管6的輸出口和第三排氣支管7的輸出口通過一個四通8匯聚到第二排氣總管9的輸入口，第二排氣總管9的輸出口連接到催化轉化器10的輸入口，催化轉化器10的輸出口連接到第三排氣總管11的輸入口，第三排氣總管11上還設有第三熱電回收系統12，所述第三排氣總管11的輸出口與外界大氣連通。在這裡，附圖為了更簡潔，標出的是第一三通2、第二三通5、四通8所在的位置，而未具體畫出三通或四通的外形。第一排氣總管I的輸出口處設有用於調節第一排氣支管3輸入口開度和排氣分導管4輸入口開度的第一擋板13 ;排氣分導管4的輸出口處設有用於調節第二排氣支管6輸入口開度和第三排氣支管7輸入口開度的第二擋板14。在這裡，第一擋板13、第二擋板14均有各自獨立的驅動機構來驅動，比如通過電機帶動，當控制器203給出命令後，第一擋板13、第二擋板14來回開關翻轉封閉或打開相連的管路，以實現選擇不同的廢氣排出通道；第一擋板13，第二擋板14優選採用金屬板。第一排氣支管3上設有第一熱電回收系統15，第一熱電回收系統15與第一冷源16相接觸，第一熱電回收系統15與車載蓄電池電連接，用於通過第一排氣支管3與第一冷源16之間的溫差發電並將產生的電能供給車載蓄電池；第二排氣支管6上設有第二熱電回收系統17，第二熱電回收系統17與第二冷源18相接觸，第二熱電回收系統17與車載蓄電池電連接，用於通過第二排氣支管6與第二冷源18之間的溫差發電並將產生的電能供給車載蓄電池。在這裡，上面提到的熱電回收系統、冷源都是本領域技術人員公知的實現方式，熱電回收系統可採用現成的熱電模塊，冷源可採用常見的冷卻水，一般可以這樣實現，將熱電回收系統套在排氣管路外壁上，然後將冷卻水管再套設在熱電回收系統的外壁上，每個冷源的進水管上還設有流量調節閥，以調節冷源的冷量，這樣熱電回收系統與排氣管和冷源分別接觸，就可利用溫差發電，將電能存入車載蓄電池，實現了能量的回收利用。第三熱電回收系統12的冷源類型除了冷卻水，還可以採用風冷方式，此時就不需要在第三熱電回收系統12的外壁再布置其他部件。由於圖1中部件較多，四個從控制器203引出的箭頭代表了四個相關的驅動機構，即第一擋板13的驅動機構如電機，第二擋板14的驅動機構如電機，第一冷源16的驅動機構如流量閥，第二冷源18的驅動機構如流量閥。下面給出本實用新型的一種控制方法，以此控制方法來說明本實用新型為使用效率更高的控制方法提供了一種更好的系統結構:控制時，在控制器203中預先設置好第一參考開關溫度和第二參考開關溫度，第一參考開關溫度是一個包括有上限和下限的溫度範圍，下面來逐個說明，這裡，第一參考開關溫度的下限一般可以這樣來確定，一般用催化轉化器10的起燃溫度和管路熱損溫度之和表示，催化轉化器10的起燃溫度一般是預先知道的，廢氣的溫度只有超過催化轉化器10的起燃溫度時，催化轉化器10才能催化分解廢氣中的NOx、HC和CO等有害氣體，起燃溫度的具體溫度值取決於催化轉化器22的化學成分，在汽車上應用一般常取的數值是265°C _285°C，為了更方便的說明問題，這裡先暫取275°C ；管路熱損溫度為第一排氣總管I輸出口到催化轉化器10之間的管路溫度降，具體溫度值取決於設置在第一排氣總管I輸出口的溫度傳感器201到催化轉化器10之間的管壁熱量沿程損失，一般取10°C -20°C，為了更方便的說明問題，這裡先暫取15°C ;那麼第一參考開關溫度的下限就可以得到275°C加15°C，就是290°C。第一參考開關溫度上限一般可以這樣來取，即為第一參考開關溫度下限與預設的廢氣溫度裕量之和，這個預設的廢氣溫度裕量取決於系統使用的高溫熱電材料和中溫熱電材料的發電高效率工作溫度範圍，發電高效率工作溫度範圍越大則廢氣溫度裕量也越大，通常取值45°C _55°C，為了更方便的說明問題，這裡先暫取50°C，因此第一參考開關溫度上限就是290°C加50°C，即340°C。同樣的，第二參考開關溫度也一樣是一個範圍，其上限、下限可以這樣確定，對於本專利而言，由於按照後面陳述的方法控制，因此為了熱電系統在相應廢氣溫度時具有較高的工作效率，第一熱電回收系統15採用高溫熱電材料，第二熱電回收系統17採用中溫熱電材料，第二參考開關溫度取高溫熱電材料和中溫熱電材料的溫度分界線，一般第二參考開關溫度下限取540°C -560°C，為清楚說明問題，暫優選550°C ;第二參考開關溫度上限取590°C -61 (TC，為清楚說明問題，暫優選600°C。第一參考開關溫度下限、第一參考開關溫度上限、第二參考開關溫度下限、第二參考開關溫度上限這些預設值預先儲存在控制器203中。溫度傳感器201檢測到的第一排氣總管輸出口的廢氣溫度分別與第一參考開關溫度下限、第一參考開關溫度上限、第二參考開關溫度下限、第二參考開關溫度上限進行比較，並由控制器203分別發出第一擋板13、第二擋板14動作的命令。把控制方法用表格方式描述如下，請見表1:表I
權利要求1.一種汽車排氣管廢熱回收系統，包括用於將發動機廢氣排出的第一排氣總管，其特徵在於: 所述第一排氣總管的輸出口通過第一三通分別連接到第一排氣支管的輸入口和排氣分導管的輸入口，所述排氣分導管的輸出口通過第二三通分別連接到第二排氣支管的輸入口和第三排氣支管的輸入口，所述第一排氣支管的輸出口、所述第二排氣支管的輸出口和所述第三排氣支管的輸出口通過一個四通匯聚到第二排氣總管的輸入口，所述第二排氣總管的輸出口連接到催化轉化器的輸入口，所述催化轉化器的輸出口連接到第三排氣總管的輸入口，所述第三排氣總管上還設有第三熱電回收系統，所述第三排氣總管的輸出口與外界大氣連通； 所述第一排氣總管的輸出口處設有用於調節所述第一排氣支管輸入口開度和所述排氣分導管輸入口開度的第一擋板；所述排氣分導管的輸出口處設有用於調節所述第二排氣支管輸入口開度和所述第三排氣支管輸入口開度的第二擋板； 所述第一排氣支管上設有第一熱電回收系統，所述第一熱電回收系統與第一冷源相接觸，所述第一熱電回收系統與車載蓄電池電連接，用於通過所述第一排氣支管與所述第一冷源之間的溫差發電並將產生的電能供給車載蓄電池；所述第二排氣支管上設有第二熱電回收系統，所述第二熱電回收系統與第二冷源相接觸，所述第二熱電回收系統與車載蓄電池電連接，用於通過所述第二排氣支管與所述第二冷源之間的溫差發電並將產生的電能供給車載蓄電池。
2.根據權利要求1所述一種汽車排氣管廢熱回收系統，其特徵在於:所述第一冷源和所述第二冷源均為冷卻水，所述第一冷源的管路上設有調節第一冷源冷卻水流量的第一調節閥，所述第二冷源的管路上設有調節第二冷源冷卻水流量的第二調節閥。
3.根據權利要求1所述一種汽車排氣管廢熱回收系統，其特徵在於:所述第一擋板和所述第二擋板均為金屬板。
4.根據權利要求1所述一種汽車排氣管廢熱回收系統，其特徵在於:所述第一擋板連接有第一擋板驅動電機，所述第二擋板連接有第二擋板驅動電機。
5.根據權利要求1至4任一所述一種汽車排氣管廢熱回收系統，其特徵在於:所述第一排氣總管的輸出口處設有溫度傳感器。
6.根據權利要求1至4任一所述一種汽車排氣管廢熱回收系統，其特徵在於:所述催化轉化器內設有溫度傳感器。
專利摘要本實用新型涉及一種汽車排氣管廢熱回收系統，結合廢熱回收系統的自身結構特點，通過增加新的支管結構得到了一種廢熱回收效率更高的廢熱回收系統，提升了能量轉化的可靠性和效率，在配合一定的控制方法的同時還可減少擋板、冷源閥門的動作頻率，另外還可通過對冷源冷量的控制，使催化轉化器本身實際溫度不致過高，防止了催化劑溫度過高而導致的燒結成團失效等問題。
文檔編號F01N13/08GK202954874SQ20122068634
公開日2013年5月29日 申請日期2012年12月10日 優先權日2012年12月10日
發明者趙付舟, 胡如夫, 黃永青, 汪秀敏 申請人:寧波工程學院