專利名稱：廢熱回收系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種廢熱回收系統(tǒng)，用在汽車比如混合動力車中，回收包含在廢氣中的熱能，以便把包含在廢氣中的熱能轉化為電能。
背景技術：
熱能包含在從汽車的發(fā)動機中排放出來的廢氣等之中。因此，如果廢氣只是簡單的排放，那么能量就浪費了。為此，已經(jīng)發(fā)展出了利用廢熱回收系統(tǒng)回收包含在廢氣中的熱能并利用熱電轉化元件將其轉化為電能的技術。被轉化的電能可以被利用，例如，給電池充電。
這種廢熱回收系統(tǒng)的一個實例公布在日本專利公報No.2003-65045上。在這種廢熱回收系統(tǒng)中，一個熱管連接到發(fā)動機排氣系統(tǒng)的一個元件上，一個熱電元件(熱電轉化元件)連接到熱管。發(fā)動機排氣系統(tǒng)也設置有用于凈化廢氣的催化劑。從而，因為排氣系統(tǒng)中的熱利用熱管被傳遞給熱電元件，所以，熱電元件的發(fā)電效率提高了，回收發(fā)動機廢熱的效率提高了。
同時，當催化劑的溫度達到一個催化劑被活性的活化溫度時，設置在發(fā)動機排氣系統(tǒng)中的催化劑提供固有的凈化性能。因此，當催化劑是冷的，例如，然后當發(fā)動機發(fā)動的時候，通過及早完成催化劑的預熱，可以獲得催化劑的凈化性能。
然而，在公布于日本專利公報No.2003-65045的廢熱回收系統(tǒng)中，因為包含在廢氣中的熱利用熱管被傳遞給熱電元件，所以，傳輸給催化劑的包含在廢氣中的熱就減少了。因此，有一個問題，就是要花長時間完成催化劑的預熱。
為了解決這個問題，例如，可以想到執(zhí)行熱電元件的開關控制，使得在進行催化劑預熱的時候，熱電元件被關閉。然而，為了執(zhí)行這樣的熱電元件開關控制，必須設置有控制裝置，開關切換裝置，用于檢測催化劑溫度的溫度傳感器，等等。因此，有一個問題，就是廢熱回收系統(tǒng)的結構變得復雜，它的尺寸增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一個具有簡單結構的廢熱回收系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中，不使用復雜的裝置，熱電轉換元件的發(fā)電效率可以得到提高，催化劑的預熱可以及早完成。
為了解決上述問題，提供有依據(jù)本發(fā)明的以下一到四各個方面的廢熱回收系統(tǒng)。
依據(jù)本發(fā)明的第一個方面，廢熱回收系統(tǒng)包括排氣管，從內(nèi)燃機中排放的廢氣在這個排氣管中流動；凈化廢氣的催化劑；安裝在排氣管的熱回收部分，回收包含在廢氣中的熱；利用熱電轉換產(chǎn)生電功率的熱電轉換元件；將熱回收部分連接到熱電轉換元件，并將在熱回收部分中回收的熱傳遞給熱電轉換元件的熱管。在這個廢熱回收系統(tǒng)中，熱管的操作開始溫度設定為高于催化劑的活化溫度。
采用上述的裝置，因為在熱回收部分從廢氣中回收的熱通過熱管傳遞給熱電轉換元件，有可能提高熱電轉化元件的發(fā)電效率。同樣，因為熱管的操作開始溫度設定為高于催化劑的活化溫度，當廢氣的溫度等于或小于催化劑的活化溫度的時候，包含在廢氣中的熱被傳遞給催化劑。因而，催化劑的預熱可以及早完成。同樣，不需要設置控制裝置，開關轉換裝置，用于檢測催化劑溫度的溫度傳感器。因而，有可能簡化廢熱回收系統(tǒng)的結構。
在這種情況下，廢熱回收系統(tǒng)可額外再包括一個第二熱管，將熱回收部分連接到催化劑，并將在熱回收部分中回收的熱傳遞給催化劑，第二熱管的操作開始溫度設定為等于或小于催化劑的活化溫度。
采用上述的裝置，因為在廢氣的溫度等于或小于催化劑的活化溫度的時候，包含在廢氣中的熱被傳遞給催化劑，催化劑的預熱可以及早完成。
依據(jù)本發(fā)明的第二個方面，廢熱回收系統(tǒng)包括利用熱電轉換產(chǎn)生電能的熱電轉換元件；凈化從內(nèi)燃機中排放的廢氣的催化劑；將催化劑連接到熱電轉換元件，并將在催化劑中回收的熱傳遞給熱電轉換元件的熱管。在這個廢熱回收系統(tǒng)中，熱管的操作開始溫度設定為基本上等于催化劑的活化溫度。
采用上述的裝置，包含在廢氣中的熱被傳給催化劑，直到催化劑的溫度達到活化溫度。在催化劑的溫度達到活化溫度后，包含在廢氣中的熱通過熱管被傳遞給熱電轉換元件。因而，包含在廢氣中的熱被傳給催化劑，直到完成催化劑的預熱。在完成催化劑的預熱后，多余的熱通過熱管被傳遞給熱電轉換元件。采用這樣一個簡單的結構，催化劑的預熱可以及早完成，可提高熱電轉換元件的發(fā)電效率。
依據(jù)本發(fā)明的第三個方面，廢熱回收系統(tǒng)包括排氣管，從內(nèi)燃機中排放出的廢氣在這個排氣管中流動；凈化廢氣的催化劑；安裝在排氣管、回收包含在廢氣中的熱的熱回收部分；利用熱電轉換產(chǎn)生電能的熱電轉換元件；將熱回收部分連接到催化劑、并將在熱回收部分中回收的熱傳遞給催化劑的熱管。在這個廢熱回收系統(tǒng)中，熱管的操作開始溫度設定為等于或小于催化劑的活化溫度。
采用上述的裝置，當廢氣的溫度等于或小于催化劑的活化溫度的時候，在熱回收部分中回收的熱通過熱管傳遞給催化劑。采用這樣一個簡單的結構，催化劑的預熱可以及早完成，可提高熱電轉換元件的發(fā)電效率。并且，當廢氣的溫度大于催化劑的活化溫度的時候，在催化劑中回收的熱通過熱管傳遞給熱回收部分。因而，可阻止催化劑由于高溫而惡化。
依據(jù)本發(fā)明的第四個方面，廢熱回收系統(tǒng)包括排氣管，從內(nèi)燃機中排放的廢氣在這個排氣管中流動；凈化廢氣的催化劑；安裝在排氣管的熱回收部分；利用熱電轉換產(chǎn)生電能的熱電轉換元件；將熱回收部分連接到熱電轉換元件、延伸穿過催化劑、并將在熱回收部分中回收的熱傳遞給催化劑和熱電轉換元件的熱管。在這個廢熱回收系統(tǒng)中，熱管的操作開始溫度設定為等于或小于催化劑的活化溫度，在熱回收部分中回收的熱傳遞給催化劑，然后通過熱管傳遞給熱電轉換元件。
采用這種結構，即使在廢氣的溫度等于或小于催化劑的活化溫度的時候，包含在廢氣中的熱也可以通過熱管傳遞給催化劑。因此，催化劑的預熱可以及早完成。而且，包含在廢氣中的熱也可以通過熱管傳遞給熱電轉換元件。因此，催化劑的預熱可以及早完成，在這個有簡單結構、沒有設置控制裝置等的裝置中，可提高熱電轉換元件的發(fā)電效率。
在依據(jù)本發(fā)明的一到四各個方面的廢熱回收系統(tǒng)中，熱電轉換元件的發(fā)電效率不使用復雜裝置就可得到提高，催化劑的預熱在簡單結構的裝置中就可完成。


結合附圖，通過閱讀以下對本發(fā)明的示例性實施例的詳細說明，可以很好的理解本發(fā)明的上述實施例和其他實施例、目標、特征、優(yōu)勢、技術和工業(yè)意義，附圖中圖1是依據(jù)本發(fā)明第一實施例的廢熱回收系統(tǒng)的結構示意圖；
圖2是沿圖1中線A-A截取的剖視圖；圖3是發(fā)電部分的剖視圖；圖4是依據(jù)本發(fā)明第二實施例的廢熱回收系統(tǒng)的結構示意圖；圖5是沿圖4中線B-B截取的剖視圖；圖6是依據(jù)本發(fā)明第三實施例的廢熱回收系統(tǒng)的結構示意圖；圖7是沿圖6中線C-C截取的剖視圖；圖8A是在執(zhí)行預熱的時候，廢熱回收系統(tǒng)中熱的流動示意圖；圖8B是在完成預熱之后，廢熱回收系統(tǒng)中熱的流動示意圖；圖9是依據(jù)本發(fā)明第四實施例的廢熱回收系統(tǒng)的結構示意圖；和圖10A和10B是依據(jù)本發(fā)明第五實施例的廢熱回收系統(tǒng)的結構示意圖。
具體實施例方式
在以下的說明中，將根據(jù)具體實施例更詳細的說明本發(fā)明。
在下文中，將參考附圖，說明本發(fā)明的示例性實施例。相同的元件用相同的附圖標記表示，它的重復說明將被忽略。首先，將說明本發(fā)明的第一實施例。
圖1是依據(jù)本發(fā)明第一實施例的廢熱回收系統(tǒng)的結構示意圖。圖2是沿圖1中線A-A截取的剖視圖。圖3是發(fā)電部分的剖視圖。
如圖1所示，依據(jù)第一實施例的廢熱回收系統(tǒng)M1包括發(fā)動機1和排氣管2，發(fā)動機1是用作熱源的內(nèi)燃機，排氣管2被連接到一個消聲器(圖中未示)。從發(fā)動機1中排放出來的廢氣在排氣管2中流動。排氣管2中設置有熱回收部分3和催化劑4。熱回收部分3和催化劑4采用沿廢氣流動方向從上游到下游的順序設置。熱管5的一端連接到熱回收部分3，另一端連接到發(fā)電部分6。
如圖2所示，熱回收部分3包括外殼10。外殼10的中心部分形成排氣通道11。排氣通道11被支撐元件12分割成六個部分。在外殼10中，熱回收片13設置成沿排氣通道11方向突出。熱回收片13吸收包含在流動于排氣通道11的廢氣中的熱。
此外，多個熱管5安裝在外殼10的外圍部分。多個熱管5通過利用螺栓15緊固熱管裝配部分14安裝在外殼10。兩個熱管5中的每個都設置成圍繞排氣通道11的半個外圍。多個熱管5以一定間隔設置在廢氣流動方向。
作為催化劑4，使用的是所謂的三元催化劑。催化劑4去除物質，比如氮氧化合物、一氧化氮和碳氫化合物。催化劑4被封裝在一個容器(圖中未示)中。流過容器的廢氣被催化劑4凈化。催化劑4的活化溫度依催化劑4的材料等而變化。例如，催化劑4的活化溫度在300℃到400℃范圍內(nèi)。
每個熱管5的一端連接到熱回收部分3，另一端連接到發(fā)電部分6。加熱介質被封裝在熱管5中。加熱介質的操作開始溫度，在這個溫度下加熱介質開始起作用，高于催化劑4的活化溫度。因為使用這樣的加熱介質，在溫度比催化劑4的活化溫度高的時候，熱從熱回收部分3傳遞到發(fā)電部分6?？梢愿鶕?jù)加熱介質的類型、內(nèi)部壓力等等來設定熱管5的操作開始溫度。例如，當采用銫作為加熱介質的時候，熱管5的操作開始溫度可以設定為450℃到900℃。當采用鉀作為加熱介質的時候，熱管5的操作開始溫度可以設定為500℃到1000℃。當采用鈉作為加熱介質的時候，熱管5的操作開始溫度可以設定為600℃到1200℃。
如圖3所示，在發(fā)電部分6中設置有多個熱電轉換模塊16和對應于多個熱電轉換模塊16的模塊冷卻部分17。多個熱電轉換模塊16以一定間隔設置在熱管5的縱向上，和各個熱管5的另一端接觸。每個熱電轉換模塊16利用所謂塞貝克效應將熱能轉換為電能。
每個熱電轉換模塊16的一面與熱管5接觸。每個模塊冷卻部分17與熱電轉換模塊16的另一面接觸，這一面和與熱管5接觸的那一面是相對的。在模塊冷卻部分17中形成有冷卻通道17A。冷卻通道17A連接到冷卻液流管(圖中未示)。因為冷卻液是循環(huán)流動的，從冷卻液流管提供給冷卻通道17A，熱電轉換模塊16的另一面被冷卻。
熱電轉換模塊16的一面被從熱回收部分3通過熱管5傳來的熱加熱。從而，熱電轉換模塊16一面的溫度和它另一面的溫度變得相互不同。因而，利用熱電轉換模塊16中的熱電轉換產(chǎn)生電能。
在和與熱電轉換模塊16接觸的那面相對的模塊冷卻部分17的表面上，設置有圓盤彈簧18。通過施加圓盤彈簧18的壓力，模塊冷卻部分17被壓在熱電轉換模塊16上。從而，熱電轉換模塊16的另一面被模塊冷卻部分17冷卻。
將對采用上述依據(jù)本發(fā)明實施例結構的廢熱回收系統(tǒng)的運轉和效果作說明。
在依據(jù)這個實施例的廢熱回收系統(tǒng)M1中，當發(fā)動機1啟動的時候，廢氣從發(fā)動機1排放到排氣管2。從發(fā)動機1中排放的廢氣在排氣管2中流動，流過熱回收部分3和催化劑4，穿過消聲器(圖中未示)排放到車輛外部。
在廢氣流過排氣管2，流入熱回收部分3之后，廢氣在熱回收部分3的排氣通道11中流動。這時，當各個熱管5起作用的時候，熱被熱回收片13從排氣通道11的廢氣流中回收。熱回收部分3沿廢氣流動方向設置在催化劑4的上游。因此，當各個熱管5起作用的時候，包含在廢氣中的熱可以被傳遞給發(fā)電部分6中的熱電轉換模塊16，而不需要被催化劑4除去。因而，可能增加熱電轉換模塊16的發(fā)電量。
在這個實施例中，熱管5的操作開始溫度高于催化劑4的活化溫度。催化劑4不能提供充分的凈化性能，直到催化劑4的溫度達到或超過活化溫度。因此，當催化劑4沒有被充分加熱的時候，比如，發(fā)動機啟動的時候，最好利用包含在廢氣中的熱來預熱催化劑4，而不是利用包含在廢氣中的熱通過熱電轉換模塊16發(fā)電。
在依據(jù)這個實施例的廢熱回收系統(tǒng)M1中，因為熱電轉換模塊16不是安裝在排氣管2，那么熱不會通過排氣管2傳遞給熱電轉換模塊16。同樣，安裝在熱回收部分3的各個熱管5的操作開始溫度被設定為高于催化劑的活化溫度。從而，當催化劑4的預熱沒有完成的時候，通常發(fā)動機1的預熱也沒有完成，從發(fā)動機中排放出來的廢氣的溫度很低。
從而，在廢氣溫度很低并且等于或小于催化劑的活化溫度的情況下，各個熱管5是不起作用的，在熱回收部分3不回收熱。因而，因為包含在從發(fā)動機1排放的廢氣中的熱被傳遞給催化劑4，那么催化劑的預熱可以及早完成。
同樣，在催化劑4的預熱和發(fā)動機1的預熱已經(jīng)完成的情況下，廢氣的溫度較高并且高于催化劑的活化溫度，各個熱管5開始起作用。這時，被熱回收部分3中的熱回收片13從廢氣中回收的熱通過各個熱管5傳遞給各個熱電轉換模塊16的一面。
此外，在熱電轉換模塊16的另一面上，冷卻液循環(huán)流動，提供給模塊冷卻部分17。從而，熱電轉換模塊16一面上的溫度和熱電轉換模塊16另一面上的溫度相互變得不一樣。因而，通過熱電轉換模塊16產(chǎn)生電能。
如上所述，在依據(jù)本發(fā)明的這個實施例的廢熱回收系統(tǒng)M1中，熱回收部分3安裝在排氣管2，在熱回收部分3中回收的熱通過熱管5傳遞給熱電轉換模塊16。因為熱回收部分3沿廢氣流動方向設置在催化劑4的上游，那么在催化劑4預熱完成之后，包含在廢氣中的熱可以被傳遞給熱電轉換模塊16，而不需要被催化劑4除去。因而，可能增加通過熱電轉換模塊16產(chǎn)生的電量。
此外，在依據(jù)本發(fā)明的這個實施例的廢熱回收系統(tǒng)M1中，通過適當?shù)脑O定熱管5的操作開始溫度，包含在廢氣中的熱所傳遞到的部分在催化劑4和熱電轉換模塊16之間轉變。因此，不需要設置有控制裝置、開關切換裝置或用于檢測催化劑4溫度的溫度傳感器。因而，可能簡化廢熱回收系統(tǒng)的結構。
接著，將說明本發(fā)明的第二實施例。圖4是依據(jù)本發(fā)明第二實施例的廢熱回收系統(tǒng)的結構示意圖。圖5是沿圖4中線B-B截取的剖視圖。
如圖4所示，依據(jù)這個實施例的廢熱回收系統(tǒng)M2包括發(fā)動機1和連接到消聲器(圖中未示)的排氣管2。從發(fā)動機1中排放的廢氣在排氣管2中流動。在排氣管2中設置有催化劑20。各個熱管5一端連接到催化劑20，另一端連接到發(fā)電部分6。
如圖5所示，催化劑20包括金屬外殼21。在金屬外殼21的中心形成連接到排氣管2的排氣通道22。在排氣通道22中設置有安裝在金屬外殼21的催化劑主體23。作為催化劑主體23，使用的是如上述第一實施例中所謂的三元催化劑。催化劑主體23去除物質，比如氮氧化合物、一氧化氮和碳氫化合物。
此外，熱管5安裝在金屬外殼21的外圍部分。熱管5通過用螺栓25緊固熱管裝配部分24安裝在金屬外殼21。兩個熱管5中的每個設置成圍繞排氣通道22外圍的一半。多個熱管5相隔一定距離設置在廢氣流動方向上。包含在流動于排氣通道22里的廢氣中的熱通過催化劑主體23傳遞到金屬外殼21。在熱傳遞給金屬外殼21之后，熱通過熱管5傳遞給發(fā)電部分6。
各個熱管5的操作開始溫度設定為基本上等于催化劑主體23的活化溫度。同樣，發(fā)電部分6擁有如圖3所示的第一實施例中相同的結構。從而，發(fā)電部分6設置有熱電轉換模塊16、模塊冷卻部分17等等。
將對擁有上述依據(jù)本發(fā)明這個實施例的結構的廢熱回收系統(tǒng)的運轉和效果作說明。
在依據(jù)這個實施例的廢熱回收系統(tǒng)M2中，當發(fā)動機1啟動的時候，廢氣從發(fā)動機1排放到排氣管2。從發(fā)動機1中排放的廢氣在排氣管2中流動，流過催化劑20，穿過消聲器(圖中未示)排放到車輛外部。
在廢氣流過排氣管2，流入熱回收部分3之后，廢氣在催化劑20的排氣通道22中流動。因為催化劑主體23設置在排氣通道22中，在排氣通道22中流動的廢氣包含的熱被傳遞給催化劑主體23。
同樣，各個熱管5連接到催化劑20。當各個熱管5起作用的時候，傳遞給催化劑主體23的熱通過金屬外殼21被傳遞給各個熱管5。此外，這些熱通過各個熱管5傳遞到各個熱電轉換模塊16的一面。
各個熱管5的操作開始溫度設定為基本上等于催化劑主體23的活化溫度。因此，各個熱管5不起作用，并且廢氣中包含的熱被傳遞給催化劑主體23，直到催化劑主體23的溫度達到活化溫度。因為當催化劑主體23的溫度達到活化溫度的時候，催化劑主體23能提供固有的凈化性能，那么廢氣中包含的熱被傳遞給催化劑主體23，直到催化劑主體23的溫度達到活化溫度。從而，催化劑主體23的預熱可以及早完成。
在催化劑主體23的溫度達到活化溫度之后，各個熱管5開始起作用。當各個熱管5起作用的時候，傳遞給催化劑主體23的熱通過金屬外殼21和各個熱管5傳遞給發(fā)電部分6中的熱電轉換模塊16。因而，在催化劑主體23的預熱完成之后，大量的熱被傳遞給熱電轉換模塊16。因此，有可能增加熱電轉換模塊16的發(fā)電量。
此外，在依據(jù)本發(fā)明這個實施例的廢熱回收系統(tǒng)M2中，通過適當?shù)脑O定熱管5的操作開始溫度，包含在廢氣中的熱所傳遞到的部分在催化劑主體23和熱電轉換模塊16之間轉變。因此，不需要設置有控制裝置、開關切換裝置或用于檢測催化劑溫度的溫度傳感器。因而，可能簡化廢熱回收系統(tǒng)的結構。
隨后，將說明本發(fā)明的第三實施例。圖6是依據(jù)本發(fā)明第三實施例的廢熱回收系統(tǒng)的結構示意圖。圖7是沿圖6中線C-C截取的剖視圖。
如圖6所示，依據(jù)這個實施例的廢熱回收系統(tǒng)M3包括發(fā)動機1和連接到消聲器(圖中未示)的排氣管2。從發(fā)動機1中排放的廢氣在排氣管2中流動。排氣管里面設置有熱回收部分3和催化劑4。采用沿廢氣流動方向從上游到下游的順序設置熱回收部分3和催化劑4。
第一熱管5的一端連接到熱回收部分3，另一端連接到發(fā)電部分6。此外，第二熱管30的一端連接到熱回收部分3，另一端連接到催化劑4的外表面。與上述第一實施例中的一樣，第一熱管5的操作開始溫度設定為高于催化劑4的活化溫度。同時，第二熱管30的操作開始溫度設定為低于催化劑4的活化溫度。同樣，第二熱管30的操作溫度，在這個溫度下第二熱管30起作用，設定為基本上等于第一熱管5的操作開始溫度。因此，當廢氣的溫度達到第一熱管5的操作溫度的時候，在第二熱管30中的加熱介質枯竭了，結果熱不能被傳遞。
如圖7所示，多個第一熱管5和多個第二熱管30通過熱管裝配元件14安裝在外殼10。多個第一熱管5和多個第二熱管30以一定的間隔交替設置在廢氣流動方向上。
在依據(jù)這個實施例的采用上述結構的廢熱回收系統(tǒng)M3中，當發(fā)動機1啟動的時候，廢氣從發(fā)動機1中排放到排氣管2。從發(fā)動機1中排放的廢氣在排氣管2中流動，流過熱回收部分3和催化劑4，穿過消聲器(圖中未示)排放到車輛外部。
在廢氣流過排氣管2，流進熱回收部分3之后，廢氣流進熱回收部分3中的排氣通道11。這時，第一熱管5和第二熱管30的運轉狀態(tài)依據(jù)廢氣的溫度而變化。當發(fā)動機1的預熱還沒有完成的時候，在排氣管2中流動的廢氣的溫度較低。當發(fā)動機1的預熱還沒有完成的時候，通常催化劑4的預熱也沒有完成。在流動于排氣管2中的廢氣的溫度較低，并等于或低于催化劑4的活化溫度的情況下，第一熱管5不起作用，第二熱管30起作用。
如圖8A所示，當?shù)诙峁?0起作用的時候，被熱回收部分3中的熱回收片13從廢氣中回收的熱被傳遞給催化劑4的外表面，沒有傳遞給發(fā)電部分6。從而，因為被熱回收部分3回收的熱傳遞給催化劑4，催化劑4可以從外部被加熱。盡管一定數(shù)量的熱在熱回收部分3被回收，仍然有包含剩余熱的廢氣流到催化劑4。因此，催化劑4也可以從內(nèi)部被加熱。從而，因為催化劑4可以從外部和內(nèi)部被加熱，那么催化劑4的預熱可以及早完成。
同樣，在發(fā)動機1的預熱完成之后，高溫廢氣在排氣管2中流動。當發(fā)動機1的預熱已經(jīng)完成的時候，通常催化劑4的預熱也已經(jīng)完成。在流動于排氣管2中的廢氣的溫度較高，并高于催化劑4的活化溫度的情況下，第一熱管5起作用。同時，因為第二熱管30中的加熱介質枯竭了，那么熱不會通過第二熱管30傳遞，第二熱管30不起作用。
如圖8B所示，當?shù)谝粺峁?起作用的時候，被熱回收部分3中的熱回收片13從廢氣中回收的熱被傳遞給發(fā)電部分6中的各個熱電轉換模塊16的一面，沒有傳遞給催化劑4。
從而，因為使用操作開始溫度互不相同的兩類熱管5和30，那么，根據(jù)廢氣的溫度，也就是根據(jù)發(fā)動機1和催化劑4的預熱狀態(tài)，可能改變在熱回收部分3中回收的熱所傳遞到的部分。更準確的說，當廢氣的溫度等于或低于催化劑4的活化溫度的時候，通過熱回收部分3回收的熱被傳遞給催化劑4。而當廢氣的溫度高于催化劑4的活化溫度的時候，在熱回收部分3中回收的熱被傳遞給各個熱電轉換模塊16的一面。
因而，當催化劑4的預熱沒有完成的時候，大量的熱被傳遞給催化劑4。因此，催化劑的預熱可以及早完成。同樣，在催化劑4的預熱完成之后，大量的熱被傳遞給熱電轉換模塊16。因而，可能增加發(fā)電量。
此外，在依據(jù)本發(fā)明這個實施例的廢熱回收系統(tǒng)M3中，通過使用操作開始溫度互不相同的兩類熱管，包含在廢氣中的熱所傳遞到的部分在催化劑4和熱電轉換模塊16之間轉變。因此，不需要設置有控制裝置、開關切換裝置或用于檢測催化劑4溫度的溫度傳感器。因而，可能簡化廢熱回收系統(tǒng)的結構。
隨后，將說明本發(fā)明的第四實施例。圖9是依據(jù)本發(fā)明第四實施例的廢熱回收系統(tǒng)的結構示意圖。
如圖9所示，依據(jù)這個實施例的廢熱回收系統(tǒng)M4包括發(fā)動機1和連接到消聲器(圖中未示)的排氣管2。從發(fā)動機1中排放的廢氣在排氣管2中流動。排氣管2里面設置有熱回收部分3和催化劑4。采用沿廢氣流動方向從上游到下游的順序設置催化劑4和熱回收部分3。
熱管40的一端連接到熱回收部分3，另一端連接到催化劑4。熱管40的操作開始溫度被設定在一個較寬的范圍內(nèi)，催化劑4的活化溫度處于這個溫度范圍的中間。
在依據(jù)這個實施例的采用上述結構的廢熱回收系統(tǒng)M4中，當發(fā)動機1啟動的時候，廢氣從發(fā)動機1中排放到排氣管2。從發(fā)動機1中排放的廢氣在排氣管2中流動，流過催化劑4和熱回收部分3，穿過消聲器(圖中未示)排放到車輛外部。
在發(fā)動機1的預熱和催化劑4的預熱沒有完成的情況下，在廢氣流過排氣管2，流進催化劑4之后，廢氣用來給催化劑4加熱，然后被排放到下游。盡管包含在廢氣中的熱在催化劑4中被回收，包含在廢氣中的熱在催化劑4中不能被完全回收。同時，在依據(jù)這個實施例的廢熱回收系統(tǒng)M4中，熱回收部分3被設置在催化劑4的下游。
從催化劑4中排放的廢氣仍然包含有熱。廢氣中剩余的熱在設置在催化劑4下游的熱回收部分3中被回收。熱管40設置在熱回收部分3和催化劑4之間，連接熱回收部分3和催化劑4。因此，在熱回收部分3回收的熱可以傳遞到催化劑4。從而，在催化劑4中沒有從廢氣中回收的熱，也就是，從催化劑4排放的廢氣中剩余的熱在熱回收系統(tǒng)中被回收，然后通過熱管40傳遞給催化劑4，借此，催化劑4的預熱可以及早完成。
在發(fā)動機1的預熱和催化劑4的預熱完成之后，包含大量熱的廢氣流進排氣管2。因為這時催化劑4的預熱已經(jīng)完成，那么催化劑4外部的溫度和催化劑4內(nèi)部的溫度變得幾乎一樣。包含大量熱的廢氣從排氣管2流進催化劑4。然而，因為這時催化劑4的預熱已經(jīng)完成，如果大量的熱被傳遞給催化劑4，那么催化劑可能由于高溫而惡化。
在依據(jù)這個實施例的廢熱回收系統(tǒng)M4中，熱管40設置在催化劑4和熱回收部分3之間，連接催化劑4和熱回收部分3。因為催化劑4外部的溫度和催化劑4內(nèi)部的溫度變得幾乎一樣，那么催化劑4的溫度變得高于熱回收部分3的溫度。因此，傳遞給催化劑4的過多的熱可以利用熱管40傳遞給熱回收部分3。從而，因為過多的熱可以被傳遞給熱回收部分3，那么可以阻止催化劑4由于高溫而惡化。
在本發(fā)明的第四實施例中，沒有設置熱電轉換模塊。然而，比如，熱電轉換模塊可以設置在排氣管2中的熱回收部分3的沿廢氣流動方向的下游。
在這種情況下，熱電轉換模塊不產(chǎn)生電能，直到催化劑4的預熱完成。因此，通過熱電轉換模塊發(fā)電不會阻礙催化劑4及早完成預熱。此外，在催化劑4的預熱完成之后，通過熱管40從催化劑4傳遞給熱回收部分3的熱可以用于由熱電轉換模塊進行的發(fā)電。同樣，利用通過熱管將熱電轉換模塊連接到熱回收部分3，可以獲得同樣的效果，熱管的操作開始溫度高于催化劑4的活化溫度。
接著，將說明本發(fā)明的第五實施例。圖10A和10B是依據(jù)本發(fā)明第五實施例的廢熱回收系統(tǒng)的結構示意圖。
如圖10A所示，依據(jù)這個實施例的廢熱回收系統(tǒng)M5包括發(fā)動機1和連接到消聲器(圖中未示)的排氣管2。從發(fā)動機1中排放的廢氣在排氣管2中流動。在排氣管2中設置有熱回收部分3和催化劑4。在排氣管2里面采用沿廢氣流動方向從上游到下游的順序設置有熱回收部分3和催化劑4。
熱管50的一端連接到熱回收部分3，另一端連接到發(fā)電部分6。同樣，熱管50設置成延伸穿過催化劑4。熱管50的操作開始溫度等于或小于催化劑4的活化溫度。當熱管50的溫度變得大于催化劑4的活化溫度的時候，加熱介質在催化劑4不能被液化，熱不能傳遞給催化劑4。
在依據(jù)這個實施例的采用上述結構的廢熱回收系統(tǒng)M5中，當發(fā)動機1啟動的時候，廢氣從發(fā)動機1中排放到排氣管2。從發(fā)動機1中排放的廢氣在排氣管2中流動，流過熱回收部分3和催化劑4，穿過消聲器(圖中未示)排放到車輛外部。
在廢氣流過排氣管2，流進熱回收部分3之后，包含在廢氣中的熱在熱回收部分3中被回收。在熱回收部分3中回收的熱通過熱管50傳遞給催化劑4和發(fā)電部分6。通過熱管50傳遞給催化劑4的熱在催化劑的溫度達到活化溫度之前傳遞給催化劑4。通過熱管50從熱回收部分3傳來的熱促進了催化劑4的預熱。從而，催化劑4的預熱可以及早完成。
在發(fā)動機1的預熱和催化劑4的預熱完成，廢氣的溫度變得較高之后，熱管50中的加熱介質在催化劑4不能被液化。因而，在熱回收部分3中回收的熱穿過催化劑4，傳遞給發(fā)電部分6。加熱介質在發(fā)電部分6被液化。從而，熱被傳遞給發(fā)電部分6，熱被傳遞給發(fā)電部分6中各個熱電轉換模塊16的一面。借此，熱電轉換模塊16的發(fā)電效率得到提高。
從而，在依據(jù)這個實施例的廢熱回收系統(tǒng)M5中，在熱回收部分3中回收的熱被傳遞給催化劑4，直到催化劑4的預熱完成。同時，在催化劑4的預熱完成之后，熱傳遞給熱電轉換模塊16。因而，催化劑4的預熱可以及早完成，熱電轉換模塊16的發(fā)電效率得到提高。
此外，在這個實施例中，熱回收部分3沿廢氣流動方向設置在催化劑4的上游。如圖10B所示，熱回收部分3可以沿廢氣流動方向設置在催化劑4的下游。在這種情況下，可以整體設置用于發(fā)電部分6的熱回收部分和用于催化劑4預熱的熱回收部分，而不是分開設置用于發(fā)電部分6的熱回收部分和用于催化劑4預熱的熱回收部分。
當參考本發(fā)明的示例性實施例已經(jīng)說明了本發(fā)明的時候，可以理解，本發(fā)明并不局限于示例性實施例或結構。相反，本發(fā)明意圖覆蓋各種修改和等效配置。另外，當示例性實施例的各種元件展示在各種示例性的組合和結構中的時候，其它的包括或多或少或僅僅只有一個元件的組合和結構，也在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種廢熱回收系統(tǒng)，其特征在于，包括排氣管(2)，從內(nèi)燃機(1)排放的廢氣在其中流動；催化劑(4)，凈化廢氣；熱回收部分(3)，安裝在排氣管(2)，回收包含在廢氣中的熱；熱電轉換元件(16)，利用熱電轉換產(chǎn)生電能；和熱管(5)，將熱回收部分(3)連接到熱電轉換元件(16)，將在熱回收部分(3)中回收的熱傳遞給熱電轉換元件(16)，其中，熱管(5)的操作開始溫度設定為高于催化劑(4)的活化溫度。
2.依據(jù)權利要求1的廢熱回收系統(tǒng)，其特征在于，還包括第二熱管(30)，將熱回收部分(3)連接到催化劑(4)，將在熱回收部分(3)中回收的熱傳遞給催化劑(4)，其中，第二熱管(30)的操作開始溫度設定為等于或低于催化劑(4)的活化溫度。
3.一種廢熱回收系統(tǒng)，其特征在于，包括熱電轉換元件(16)，利用熱電轉換產(chǎn)生電能；催化劑(20)，凈化從內(nèi)燃機(1)排放的廢氣；和熱管(5)，將催化劑(20)連接到熱電轉換元件(16)，將在催化劑(20)中回收的熱傳遞給熱電轉換元件(16)，其中，熱管(5)的操作開始溫度設定為基本上等于催化劑(20)的活化溫度。
4.一種廢熱回收系統(tǒng)，其特征在于，包括排氣管(2)，從內(nèi)燃機(1)排放的廢氣在其中流動；催化劑(4)，凈化廢氣；熱回收部分(3)，安裝在排氣管(2)，回收包含在廢氣中的熱；熱電轉換元件(16)，利用熱電轉換產(chǎn)生電能；和熱管(40)，將熱回收部分(3)連接到催化劑(4)，將在熱回收部分(3)中回收的熱傳遞給催化劑(4)，其中，熱管(40)的操作開始溫度設定為等于或小于催化劑(4)的活化溫度。
5.一種廢熱回收系統(tǒng)，其特征在于，包括排氣管(2)，從內(nèi)燃機(1)排放的廢氣在其中流動；催化劑(4)，凈化廢氣；熱回收部分(3)，安裝在排氣管(2)；熱電轉換元件(16)，利用熱電轉換產(chǎn)生電能；和熱管(50)，將熱回收部分(3)連接到熱電轉換元件(16)，延伸穿過催化劑(4)，將在熱回收部分(3)中回收的熱傳遞給催化劑(4)和熱電轉換元件(16)，其中，熱管(50)的操作開始溫度設定為等于或小于催化劑(4)的活化溫度，在熱回收部分(3)中回收的熱被傳遞給催化劑(4)，然后通過熱管(50)傳遞給熱電轉換元件(16)。
全文摘要
廢熱回收系統(tǒng)(M1)包括熱回收部分(3)。發(fā)電部分(6)通過熱管(5)連接到熱回收部分(3)。催化劑(4)沿廢氣流動方向設置在熱回收部分(3)的下游。熱管(5)的操作開始溫度高于催化劑(4)的活化溫度。熱不通過熱管(5)傳遞，并且包含在廢氣中的熱傳遞給催化劑(4)，直到完成催化劑(4)的預熱。這有助于及早完成催化劑(4)的預熱。在催化劑(4)的預熱完成之后，包含在廢氣中的熱通過熱管(5)傳遞給發(fā)電部分(6)中的熱電轉換模塊(16)。這有助于提高熱電轉換模塊(16)的發(fā)電效率。
文檔編號F01N3/00GK1673497SQ20051005596
公開日2005年9月28日 申請日期2005年3月22日 優(yōu)先權日2004年3月22日
發(fā)明者佐佐木俊武 申請人:豐田自動車株式會社