专利名称：一种汽车排气管废热回收系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及排气废热回收领域，特别涉及一种汽车排气管废热回收系统。
背景技术：
现有的汽车废热回收装置大多是用汽车尾气废热来发电，并将电能存入汽车车载蓄电池中，降低了污染，提高了能源利用率。在汽车排气系统中，常常用到催化转化器，催化转化器的作用是，分解碳氢燃料燃烧产生的废气中不完全燃烧的碳氢化合物，CO和各种氮氧化合物。通常在催化转化器内部的蜂窝状陶瓷基底上涂有少量的钼、铑和钯等贵金属微粒，废气流过时有害成分会被贵金属微粒催化剂氧化和还原分解为无害的气体。在US7051522B2的专利文件中，公开了一种汽车排气管废热回收系统，提供了一个内燃机汽车的废气旁通支管；一个安装在另一废气支管上的热电能量回收系统(ERS)，一个在废气支管与废气旁通支管之间分配废气流的三通结构；一个在排气总管上的催化转化器。当催化转化器的温度低于参考温度时，废气流经废气旁通支管而不流入ERS管段。当催化转化器的温度高于参考温度时，废气才流经ERS管段使废热能量转化为电能，致使废气温度下降，防止催化转化器过热。该专利的缺点是，根据温度适用范围的不同用于汽车排气管废热发电的热电材料可以分为高温材料和中温材料，不同热电材料的热电模块在某一温度范围内ZT值大且发电效率高，而超出这一温度范围时ZT值变小且发电效率很低，由于发动机排放的废气温度变化频繁，只有温度达到一定程度，热电回收系统才能工作，在范围很大的中温区域时无法充分利用能量，导致发电效率较低。另外，由于车用发动机不断变化的废气高温环境，挡板易受交变的热应力冲击，热应力冲击引起的伸缩变形以及频繁翻转带来的运动副磨损会严重影响挡板及其执行元件的可靠性，挡板的分流控制失灵会导致催化转化器的催化剂烧结成团而失效，挡板的频繁翻转也会产生撞击噪声。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种排气管废热回收效率高、废热回收系统寿命长、催化转化器不易因温度过高导致贵金属烧结成团而失效的汽车排气管废热回收系统。本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下:一种汽车排气管废热回收系统，包括用于将发动机废气排出的第一排气总管，所述第一排气总管的输出口通过第一三通分别连接到第一排气支管的输入口和排气分导管的输入口，所述排气分导管的输出口通过第二三通分别连接到第二排气支管的输入口和第三排气支管的输入口，所述第一排气支管的输出口、所述第二排气支管的输出口和所述第三排气支管的输出口通过一个四通汇聚到第二排气总管的输入口，所述第二排气总管的输出口连接到催化转化器的输入口，所述催化转化器的输出口连接到第三排气总管的输入口，所述第三排气总管上还设有第三热电回收系统，所述第三排气总管的输出口与外界大气连通；[0007]所述第一排气总管的输出口处设有用于调节所述第一排气支管输入口开度和所述排气分导管输入口开度的第一挡板；所述排气分导管的输出口处设有用于调节所述第二排气支管输入口开度和所述第三排气支管输入口开度的第二挡板；所述第一排气支管上设有第一热电回收系统，所述第一热电回收系统与第一冷源相接触，所述第一热电回收系统与车载蓄电池电连接，用于通过所述第一排气支管与所述第一冷源之间的温差发电并将产生的电能供给车载蓄电池；所述第二排气支管上设有第二热电回收系统，所述第二热电回收系统与第二冷源相接触，所述第二热电回收系统与车载蓄电池电连接，用于通过所述第二排气支管与所述第二冷源之间的温差发电并将产生的电能供给车载蓄电池。本实用新型的有益效果是:从结构上来说，该废热回收系统增加和细化了排气管路结构，增加了热电回收系统，提供了一个具备更充分实施废热回收控制方法的系统平台，充分利用了多条排气管路，使不同温度段的废气可以利用不同特性的热电回收系统充分发电，因此提升了废热能源回收的效率。同时还可以结合其他控制算法，进一步优化系统。最后，本系统可在现有基础上进行改进得到，易于推广使用。在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进:进一步，所述第一冷源和所述第二冷源均为冷却水，所述第一冷源的管路上设有调节第一冷源冷却水流量的第一调节阀，所述第二冷源的管路上设有调节第二冷源冷却水流量的第二调节阀。采用上述进一步方案的有益效果是作为一种冷源的优选实现方法，简单方便，易于实现，成本低。进一步，所述第一挡板和所述第二挡板均为金属板。采用上述进一步方案的有益效果是易于实现，结实耐用。进一步，所述第一挡板连接有第一挡板驱动电机，所述第二挡板连接有第二挡板驱动电机。采用上述进一步方案的有益效果是方便简单的驱动挡板动作，易于实现。进一步，所述第一排气总管的输出口处设有温度传感器。采用上述进一步方案的有益效果是用于测量第一排气总管的输出口处的温度。进一步，所述催化转化器内设有温度传感器。采用上述进一步方案的有益效果是用于测量催化转化器的温度。
图1为本实用新型一种汽车排气管废热回收系统的结构示意图；附图中，各标号所代表的部件列表如下:1、第一排气总管，2、第一三通,3、第一排气支管,4、排气分导管,5、第二三通,6、第二排气支管，7、第三排气支管，8、四通，9、第二排气总管，10、催化转化器，11、第三排气总管，12、第三热电回收系统，13、第一挡板，14、第二挡板，15、第一热电回收系统，16、第一冷源，17、第二热电回收系统，18、第二冷源，101、发动机，102、变速器，103、散热器，104、前轴，105、前轮，106、驱动轴，107、后轴，108、后轮，201、第一温度传感器，202、第二温度传感器，203、控制器。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。如图1所示的汽车上包括有:前轴104、前轮105、驱动轴106、后轴107、后轮108共同形成了车架结构，车架上包括有发动机101、变速箱102和散热器103。一种汽车排气管废热回收系统，包括用于将发动机废气排出的第一排气总管1，第一排气总管I的输出口通过第一三通2分别连接到第一排气支管3的输入口和排气分导管4的输入口，排气分导管4的输出口通过第二三通5分别连接到第二排气支管6的输入口和第三排气支管7的输入口，第一排气支管3的输出口、第二排气支管6的输出口和第三排气支管7的输出口通过一个四通8汇聚到第二排气总管9的输入口，第二排气总管9的输出口连接到催化转化器10的输入口，催化转化器10的输出口连接到第三排气总管11的输入口，第三排气总管11上还设有第三热电回收系统12，所述第三排气总管11的输出口与外界大气连通。在这里，附图为了更简洁，标出的是第一三通2、第二三通5、四通8所在的位置，而未具体画出三通或四通的外形。第一排气总管I的输出口处设有用于调节第一排气支管3输入口开度和排气分导管4输入口开度的第一挡板13 ;排气分导管4的输出口处设有用于调节第二排气支管6输入口开度和第三排气支管7输入口开度的第二挡板14。在这里，第一挡板13、第二挡板14均有各自独立的驱动机构来驱动，比如通过电机带动，当控制器203给出命令后，第一挡板13、第二挡板14来回开关翻转封闭或打开相连的管路，以实现选择不同的废气排出通道；第一挡板13，第二挡板14优选采用金属板。第一排气支管3上设有第一热电回收系统15，第一热电回收系统15与第一冷源16相接触，第一热电回收系统15与车载蓄电池电连接，用于通过第一排气支管3与第一冷源16之间的温差发电并将产生的电能供给车载蓄电池；第二排气支管6上设有第二热电回收系统17，第二热电回收系统17与第二冷源18相接触，第二热电回收系统17与车载蓄电池电连接，用于通过第二排气支管6与第二冷源18之间的温差发电并将产生的电能供给车载蓄电池。在这里，上面提到的热电回收系统、冷源都是本领域技术人员公知的实现方式，热电回收系统可采用现成的热电模块，冷源可采用常见的冷却水，一般可以这样实现，将热电回收系统套在排气管路外壁上，然后将冷却水管再套设在热电回收系统的外壁上，每个冷源的进水管上还设有流量调节阀，以调节冷源的冷量，这样热电回收系统与排气管和冷源分别接触，就可利用温差发电，将电能存入车载蓄电池，实现了能量的回收利用。第三热电回收系统12的冷源类型除了冷却水，还可以采用风冷方式，此时就不需要在第三热电回收系统12的外壁再布置其他部件。由于图1中部件较多，四个从控制器203引出的箭头代表了四个相关的驱动机构，即第一挡板13的驱动机构如电机，第二挡板14的驱动机构如电机，第一冷源16的驱动机构如流量阀，第二冷源18的驱动机构如流量阀。下面给出本实用新型的一种控制方法，以此控制方法来说明本实用新型为使用效率更高的控制方法提供了一种更好的系统结构:控制时，在控制器203中预先设置好第一参考开关温度和第二参考开关温度，第一参考开关温度是一个包括有上限和下限的温度范围，下面来逐个说明，这里，第一参考开关温度的下限一般可以这样来确定，一般用催化转化器10的起燃温度和管路热损温度之和表示，催化转化器10的起燃温度一般是预先知道的，废气的温度只有超过催化转化器10的起燃温度时，催化转化器10才能催化分解废气中的NOx、HC和CO等有害气体，起燃温度的具体温度值取决于催化转化器22的化学成分，在汽车上应用一般常取的数值是265°C _285°C，为了更方便的说明问题，这里先暂取275°C ；管路热损温度为第一排气总管I输出口到催化转化器10之间的管路温度降，具体温度值取决于设置在第一排气总管I输出口的温度传感器201到催化转化器10之间的管壁热量沿程损失，一般取10°C -20°C，为了更方便的说明问题，这里先暂取15°C ;那么第一参考开关温度的下限就可以得到275°C加15°C，就是290°C。第一参考开关温度上限一般可以这样来取，即为第一参考开关温度下限与预设的废气温度裕量之和，这个预设的废气温度裕量取决于系统使用的高温热电材料和中温热电材料的发电高效率工作温度范围，发电高效率工作温度范围越大则废气温度裕量也越大，通常取值45°C _55°C，为了更方便的说明问题，这里先暂取50°C，因此第一参考开关温度上限就是290°C加50°C，即340°C。同样的，第二参考开关温度也一样是一个范围，其上限、下限可以这样确定，对于本专利而言，由于按照后面陈述的方法控制，因此为了热电系统在相应废气温度时具有较高的工作效率，第一热电回收系统15采用高温热电材料，第二热电回收系统17采用中温热电材料，第二参考开关温度取高温热电材料和中温热电材料的温度分界线，一般第二参考开关温度下限取540°C -560°C，为清楚说明问题，暂优选550°C ;第二参考开关温度上限取590°C -61 (TC，为清楚说明问题，暂优选600°C。第一参考开关温度下限、第一参考开关温度上限、第二参考开关温度下限、第二参考开关温度上限这些预设值预先储存在控制器203中。温度传感器201检测到的第一排气总管输出口的废气温度分别与第一参考开关温度下限、第一参考开关温度上限、第二参考开关温度下限、第二参考开关温度上限进行比较，并由控制器203分别发出第一挡板13、第二挡板14动作的命令。把控制方法用表格方式描述如下，请见表1:表I
权利要求1.一种汽车排气管废热回收系统，包括用于将发动机废气排出的第一排气总管，其特征在于: 所述第一排气总管的输出口通过第一三通分别连接到第一排气支管的输入口和排气分导管的输入口，所述排气分导管的输出口通过第二三通分别连接到第二排气支管的输入口和第三排气支管的输入口，所述第一排气支管的输出口、所述第二排气支管的输出口和所述第三排气支管的输出口通过一个四通汇聚到第二排气总管的输入口，所述第二排气总管的输出口连接到催化转化器的输入口，所述催化转化器的输出口连接到第三排气总管的输入口，所述第三排气总管上还设有第三热电回收系统，所述第三排气总管的输出口与外界大气连通； 所述第一排气总管的输出口处设有用于调节所述第一排气支管输入口开度和所述排气分导管输入口开度的第一挡板；所述排气分导管的输出口处设有用于调节所述第二排气支管输入口开度和所述第三排气支管输入口开度的第二挡板； 所述第一排气支管上设有第一热电回收系统，所述第一热电回收系统与第一冷源相接触，所述第一热电回收系统与车载蓄电池电连接，用于通过所述第一排气支管与所述第一冷源之间的温差发电并将产生的电能供给车载蓄电池；所述第二排气支管上设有第二热电回收系统，所述第二热电回收系统与第二冷源相接触，所述第二热电回收系统与车载蓄电池电连接，用于通过所述第二排气支管与所述第二冷源之间的温差发电并将产生的电能供给车载蓄电池。
2.根据权利要求1所述一种汽车排气管废热回收系统，其特征在于:所述第一冷源和所述第二冷源均为冷却水，所述第一冷源的管路上设有调节第一冷源冷却水流量的第一调节阀，所述第二冷源的管路上设有调节第二冷源冷却水流量的第二调节阀。
3.根据权利要求1所述一种汽车排气管废热回收系统，其特征在于:所述第一挡板和所述第二挡板均为金属板。
4.根据权利要求1所述一种汽车排气管废热回收系统，其特征在于:所述第一挡板连接有第一挡板驱动电机，所述第二挡板连接有第二挡板驱动电机。
5.根据权利要求1至4任一所述一种汽车排气管废热回收系统，其特征在于:所述第一排气总管的输出口处设有温度传感器。
6.根据权利要求1至4任一所述一种汽车排气管废热回收系统，其特征在于:所述催化转化器内设有温度传感器。
专利摘要本实用新型涉及一种汽车排气管废热回收系统，结合废热回收系统的自身结构特点，通过增加新的支管结构得到了一种废热回收效率更高的废热回收系统，提升了能量转化的可靠性和效率，在配合一定的控制方法的同时还可减少挡板、冷源阀门的动作频率，另外还可通过对冷源冷量的控制，使催化转化器本身实际温度不致过高，防止了催化剂温度过高而导致的烧结成团失效等问题。
文档编号F01N13/08GK202954874SQ20122068634
公开日2013年5月29日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者赵付舟, 胡如夫, 黄永青, 汪秀敏 申请人:宁波工程学院