[發明專利]一種基于汽車尾氣余熱梯級利用的綜合熱管理系統

在審

• 申請號: 201710836401.4
• 申請日: 2017-09-16
• 公開（公告）號: CN107503832A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 張東偉;沈超;楊紹倫;鄭亮;蒲建飛;蔣偉豪;周俊杰
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: F01N5/02
• 分類號: F01N5/02;B60H1/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種熱能回收的節能裝置，尤其涉及一種基于汽車尾氣余熱梯級利用的綜合熱管理系統。

背景技術

隨著國民經濟發展和人民生活水平的不斷提高，車輛成為當今人類普遍使用的出行工具，截止到2016年，中國機動車保有量已達到2.7億。雖然國家大力支持并鼓勵新能源汽車的開發與使用，但目前還是以內燃機式汽車為主。據統計，燃油燃燒所產生的能量僅有40%左右用來克服汽車行駛時遇到的各項阻力以驅動汽車行駛，絕大多數的能量沒有得到有效利用，而是排放到大氣中白白浪費。伴隨著工業化的高速發展,全球性的能源危機和環境惡化正使人們意識到利用低品位熱源和廢熱對解決環境和能源問題的重要性，因此如果能將發動機的尾氣中的廢熱進行回收，不僅節約了能源，而且減輕了環境污染。本發明就是基于汽車尾氣中的能量從排氣管入口到排氣管出口隨距離變化而逐漸降低的原理，將處于不同能量級的尾氣余熱分別運用，高能段利用溫差發電裝置將廢氣中的熱量轉換為電能，提高了發動機有效熱效率和燃油經濟性，達到了節能減排的目的；低能段運用熱管技術，根據其傳熱特性，將廢氣中的熱量送到車內，解決了冬季汽車采暖問題，改善了車內環境，節約了社會資源。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于汽車尾氣余熱梯級利用的綜合熱管理系統，該技術方案利用半導體溫差發電裝置和脈動熱管，分別對汽車尾氣中的高能段和低能段進行利用，提高了發動機有效熱效率和燃油經濟性，解決了冬季汽車采暖問題，并且達到了節能減排的目的。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：一種基于汽車尾氣余熱梯級利用的綜合熱管理系統，其特征在于由尾氣余熱發電系統和尾氣余熱供暖系統組成，所述的尾氣余熱發電系統由發動機、發動機總排氣管、溫差發電裝置、電能轉換裝置、儲能器、半導體發電片熱端和半導體發電片冷端組成，所述的尾氣余熱供暖系統由發動機總排氣管、廢氣分流箱、分流閥、除塵器、尾氣入口管、熱風出口管、脈動熱管、翅片、箱體、風機進風管、鼓風機、隔板、尾氣出口管、排氣管和消音器組成，汽車在行駛過程中，高達500℃-900℃的尾氣從所述的發動機中排出，進入所述的發動機總排氣管，經過所述的溫差發電裝置，加熱半導體發電片熱端，同時所述的半導體發電片冷端與車外空氣接觸，所述的溫差發電裝置介于恒定溫差的冷熱源之間，利用半導體發電裝置的賽貝克效應輸出電流和電壓，經過所述的電能轉換裝置，轉換成電能，儲存在所述的儲能器中，隨后尾氣進入所述的廢氣分流箱中，當車內溫度低于許可值時，調節所述的分流閥，使尾氣進入所述的尾氣入口管中，所述的尾氣入口管前端設置所述的除塵器，用以除去尾氣中的固體顆粒，高溫尾氣使所述的脈動熱管的加熱段迅速受熱，通過相變傳熱，將熱量傳送至所述的箱體上部空腔的冷凝段，通過所述的鼓風機吹向所述的熱風出口管，由此源源不斷地為車廂供暖，之后尾氣經所述的尾氣出口管、所述的排氣管和所述的消音器排出車外，當車內溫度升高到許可值時，調節所述的分流閥使尾氣直接通過所述的排氣管和所述的消音器排出車外。

所述的基于汽車尾氣余熱梯級利用的綜合熱管理系統，其特征在于尾氣余熱發電系統和尾氣余熱供暖系統都利用汽車尾氣中的余熱，尾氣余熱發電系統利用汽車尾氣余熱中的高能段，尾氣供暖系統利用汽車尾氣余熱中的低能段，提高了發動機的熱效率和燃油經濟性，實現了節能減排。

所述的基于汽車尾氣余熱梯級利用的綜合熱管理系統，其特征在于使用所述的脈動熱管作為換熱設備，所述的脈動熱管依靠管內形成的氣塞與液柱在蒸發段與冷凝段之間的運動，實現熱量的傳遞，導熱性能高，結構簡單，適應環境能力強。

所述的基于汽車尾氣預熱梯級利用的綜合熱管理系統，其特征在于在所述的尾氣入口管的入口處安裝有除塵器，防止固體顆粒吸附到熱管翅片上，降低熱管的工作效率。

所述的脈動熱管，其特征在于外壁面安裝有橫向翅片，用于增加換熱面積，強化換熱效果。

所述的溫差發電裝置，其特征在于以汽車尾氣作為熱源，以車外流動的空氣作為冷源，包括兩種不同的半導體熱電材料發電片。

所述的分流閥，其特征在于是一種V型導流板，能根據車內環境溫度自動調節汽車尾氣的流動方向，當車內環境溫度低于許可值時，使尾氣從尾氣入口管進入，經過所述的脈動熱管從而給車內供暖；當車內環境高于許可值時，使尾氣直接通過排氣管和消音器排出車外。

本發明的增益效果

本發明的基于汽車尾氣余熱梯級利用的綜合熱管理系統，將汽車尾氣進行梯級利用，高溫段進行發電，低溫段進行供暖，提高了發動機有效熱效率和燃油經濟性，達到了節能減排的效果。