汽車尾氣餘熱發電系統的製作方法

2023-09-22 14:05:00 1

專利名稱：汽車尾氣餘熱發電系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及汽車尾氣的回收利用技術，特別涉及一種汽車尾氣餘熱發電系 統。
背景技術：
在汽車使用中，汽車發動機作為汽車的心臟，是汽車動力的來源，也是燃料的直接 消耗者，但目前，多數汽車發動機的熱效率很低(20% -30% )，而發動機產生的熱量絕大部 分以汽車尾氣餘熱的形式直接排放到大氣中，這樣，一方面造成了大量的熱量散失，另一方 面給目前本來就很嚴峻的氣候越來越大的壓力。近年來，國家一直提倡要構建節能減排社 會，這些熱效率較低的汽車與構建節能減排社會也就背道而馳，而目前尚沒有一個有效的 利用汽車尾氣餘熱發電的系統。因此，若能將汽車尾氣中的這部分能量回收利用起來，定會 帶來可觀的經濟效益和良好的社會效益，並有效緩解日益嚴重的能源與環境問題。

實用新型內容本實用新型的目的在於克服現有技術的不足，提供一種汽車尾氣餘熱發電系統， 該系統能很好地利用汽車尾氣的餘熱進行發電，有效回收汽車尾氣中的熱量，也減少汽車 尾氣對空氣的汙染。本實用新型通過以下技術方案實現一種汽車尾氣餘熱發電系統，包括相連接的 熱氣機單元和飛輪電池單元，所述熱氣機單元包括冷卻腔、膨脹腔、回熱器、水冷換熱器、加 熱氣管和機械功輸出軸，冷卻腔和膨脹腔分別設於機械功輸出軸的兩端，冷卻腔和膨脹腔 內部分別通過轉子將冷卻腔和膨脹腔各分成3個獨立的氣腔，冷卻腔和膨脹腔中相應的兩 個氣腔之間通過水冷換熱器和回熱器相連接，按照氣流方向，膨脹腔、回熱器、水冷換熱器 和冷卻腔依次連接，加熱氣管與膨脹腔連接，膨脹腔內每個獨立的氣腔對應一束加熱氣管； 所述飛輪電池單元包括轉動軸、軸承、飛輪轉子、定子線圈和電池外殼，轉動軸與機械功輸 出軸連接，轉動軸兩端分別設置軸承，定子線圈設於轉動軸中部，定子線圈兩側分別設有飛 輪轉子，各飛輪轉子與定子線圈靠近的一側設有永磁體，轉動軸、軸承、飛輪轉子和定子線 圈分別設於電池外殼內。所述冷卻腔或膨脹腔內，在轉子與其腔壁的相接處分別設有氣口，該氣口可作為 腔中氣體循環流動完成熱力學循環的通道。所述熱氣機單元中，三組相連接的回熱器和冷水換熱器繞機械功輸出軸的軸線均 勻分布，一組相連接的回熱器和冷水換熱器對應冷卻腔或膨脹腔內一個獨立的氣腔，也就 是說，熱氣機單元中實質上有三個獨立的系統；其中，各回熱器相當於一個儲能器，當氣體 從膨脹腔流向冷卻腔時，回熱器吸收氣體熱量使氣體溫度降低，當氣體從冷卻腔流向膨脹 腔時，回熱器釋放熱量使氣體溫度升高。所述熱氣機單元中，各水冷換熱器分別置於汽車的冷卻箱內。所述飛輪電池單元中，軸承為磁懸浮高速軸承，飛輪轉子為飛輪_永磁體一體化的結構，其中永磁體為耐高溫的高性能燒結釹鐵硼，永磁體的工作溫度< 180°C。所述飛輪電池單元中，轉動軸上還設有用於檢測飛輪轉子運動位置的位置傳感 器，傳感器實時監測飛輪轉子在運動過程中的位置後，將其位置信號轉換為電信號，然後通 過其外接的控制系統對該電信號進行控制，從而保證定子線圈中各相繞組的正確換向。本實用新型的汽車尾氣餘熱發電系統使用時，其能量轉化過程為熱能一機械 能一電能；具體為熱氣機單元內，汽車尾氣通過加熱氣管對膨脹腔進行加熱，使膨脹腔 內得到高溫高壓氣體，高溫高壓氣體膨脹進入回熱器，經回熱器進行熱量儲存後，進入水冷 換熱器進行冷卻，最後進入冷卻腔進行壓縮，該過程中氣體驅動膨脹腔和冷卻腔內的轉子 運動，從而帶動機械功輸出軸轉動，實現熱能和機械能的轉化；飛輪電池單元內，機械功輸 出軸的轉動驅動轉動軸轉動，帶動飛輪轉子轉動，通過飛輪轉子上永磁體與定子線圈的電 磁感應進行發電，實現機械能和電能之間的轉化。該系統中，當汽車無尾氣排出時，冷卻腔 內氣體通過冷水換熱器和回熱器回流至膨脹腔，氣體經過回熱器時吸收熱量，使系統內保 持氣壓平衡。與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果本實用新型的汽車尾氣餘熱發電系統能有效解決汽車尾氣直接排放所造成的大 量熱散失的問題，在大範圍提高汽車熱效率、使汽車達到節能減排目的的同時，也減少了大 量廢氣的排放，對構建節能社會有積極的推動作用，若大範圍推廣，能有效緩解氣候的溫室 效應，有利於人類低碳生活的推進。本實用新型的汽車尾氣餘熱發電系統通過熱氣機單元和飛輪電池單元實現「熱 能——機械能——電能」的轉化，其結構緊湊，所佔空間小，熱氣機單元將汽車尾氣中的熱 能轉化為機械能並在飛輪中儲存起來，飛輪電池單元利用儲存在飛輪中的機械能發電並將 電能儲存起來以備汽車中用電設備的利用。

圖1是本實用新型中熱氣機單元的結構示意圖。圖2是本實用新型中飛輪電池單元的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖，對本實用新型作進一步的詳細說明，但本實用新型的實 施方式不限於此。本實施例一種汽車尾氣餘熱發電系統，包括相連接的熱氣機單元和飛輪電池單 元，其中，熱氣機單元的結構如圖1所示，包括冷卻腔1-1、膨脹腔1-2、回熱器1-3、水冷換熱 器1-4、加熱氣管1-6和機械功輸出軸1-7，冷卻腔1-1和膨脹腔1-2分別設於機械功輸出 軸1-7的兩端，冷卻腔1-1和膨脹腔1-2內部分別通過轉子1-8將冷卻腔1-1和膨脹腔1-2 各分成3個獨立的氣腔，冷卻腔1-1和膨脹腔1-2中相應的兩個氣腔之間通過水冷換熱器 1-4和回熱器1-3相連接，按照氣流方向，膨脹腔1-2、回熱器1-3、水冷換熱器1-4和冷卻腔 1-1依次連接，加熱氣管1-6與膨脹腔1-2連接，膨脹腔1-2內每個獨立的氣腔對應一束加 熱氣管1-6 ；飛輪電池單元的結構如圖2所示，包括轉動軸2-1、軸承2-2、飛輪轉子2-3、定 子線圈2-4和電池外殼2-5，轉動軸2-1與機械功輸出軸1-7連接，轉動軸2_1兩端分別設
4置軸承2-2，定子線圈2-4設於轉動軸2-1中部，定子線圈2-4兩側分別設有飛輪轉子2_3， 各飛輪轉子2-3與定子線圈2-4靠近的一側設有永磁體2-6，轉動軸2-1、軸承2_2、飛輪轉 子2-3和定子線圈2-4分別設於電池外殼2-5內。上述汽車尾氣餘熱發電系統中，冷卻腔1-1或膨脹腔1-2內，在轉子1-8與其腔壁 的相接處分別設有氣口 1-5，該氣口 1-5可作為腔中氣體循環流動完成熱力學循環的通道。熱氣機單元中，三組相連接的回熱器1-3和冷水換熱器1-4繞機械功輸出軸1-7 的軸線均勻分布，一組相連接的回熱器1-3和冷水換熱器1-4對應冷卻腔1-1或膨脹腔 1-2內一個獨立的氣腔，也就是說，熱氣機單元中實質上有三個獨立的系統；其中，各回熱 器1-3相當於一個儲能器，當氣體從膨脹腔1-2流向冷卻腔1-1時，回熱器1-3吸收氣體熱 量使氣體溫度降低，當氣體從冷卻腔1-1流向膨脹腔1-2時，回熱器1-3釋放熱量使氣體溫 度升高。熱氣機單元中，各水冷換熱器1-4分別置於汽車的冷卻箱內。飛輪電池單元中，軸承2-2為磁懸浮高速軸承，飛輪轉子2-3為飛輪-永磁體一體 化的結構，其中永磁體2-6為耐高溫的高性能燒結釹鐵硼，永磁體2-6的工作溫度< 180°C。飛輪電池單元中，轉動軸2-1上還設有用於檢測飛輪轉子2-3運動位置的位置傳 感器(傳感器在圖2中未示出)，傳感器實時監測飛輪轉子2-3在運動過程中的位置後，將 其位置信號轉換為電信號，然後通過其外接的控制系統對該電信號進行控制，從而保證定 子線圈2-4中各相繞組的正確換向。本實施例的汽車尾氣餘熱發電系統使用時，其能量轉化過程為熱能——機械 能——電能；具體為熱氣機單元內，汽車尾氣通過加熱氣管1-6對膨脹腔1-2進行加熱，使 膨脹腔1-2內得到高溫高壓氣體，高溫高壓氣體膨脹進入回熱器1-3，經回熱器1-3進行熱 量儲存後，進入水冷換熱器1-4進行冷卻，最後進入冷卻腔1-1進行壓縮，該過程中氣體驅 動膨脹腔1-2和冷卻腔1-1內的轉子1-8運動，從而帶動機械功輸出軸1-7轉動，實現熱能 和機械能的轉化；飛輪電池單元內，機械功輸出軸1-7的轉動驅動轉動軸2-1轉動，帶動飛 輪轉子2-3轉動，通過飛輪轉子2-3上永磁體與定子線圈2-4的電磁感應進行發電，實現機 械能和電能之間的轉化。該系統中，當汽車無尾氣排出時，冷卻腔1-1內氣體通過冷水換熱 器1-4和回熱器1-3回流至膨脹腔，氣體經過回熱器1-3時吸收熱量，使系統內保持氣壓平 如上所述，便可較好地實現本實用新型，上述實施例僅為本實用新型的較佳實施 例，並非用來限定本實用新型的實施範圍；即凡依本實用新型內容所作的均等變化與修飾， 都為本實用新型權利要求所要求保護的範圍所涵蓋。
權利要求汽車尾氣餘熱發電系統，其特徵在於，包括相連接的熱氣機單元和飛輪電池單元，所述熱氣機單元包括冷卻腔、膨脹腔、回熱器、水冷換熱器、加熱氣管和機械功輸出軸，冷卻腔和膨脹腔分別設於機械功輸出軸的兩端，冷卻腔和膨脹腔內部分別通過轉子將冷卻腔和膨脹腔各分成3個獨立的氣腔，冷卻腔和膨脹腔中相應的兩個氣腔之間通過水冷換熱器和回熱器相連接，按照氣流方向，膨脹腔、回熱器、水冷換熱器和冷卻腔依次連接，加熱氣管與膨脹腔連接，膨脹腔內每個獨立的氣腔對應一束加熱氣管；所述飛輪電池單元包括轉動軸、軸承、飛輪轉子、定子線圈和電池外殼，轉動軸與機械功輸出軸連接，轉動軸兩端分別設置軸承，定子線圈設於轉動軸中部，定子線圈兩側分別設有飛輪轉子，各飛輪轉子與定子線圈靠近的一側設有永磁體，轉動軸、軸承、飛輪轉子和定子線圈分別設於電池外殼內。
2.根據權利要求1所述的汽車尾氣餘熱發電系統，其特徵在於，所述冷卻腔或膨脹腔 內，在轉子與其腔壁的相接處分別設有氣口。
3.根據權利要求1所述的汽車尾氣餘熱發電系統，其特徵在於，所述熱氣機單元中，三 組相連接的回熱器和冷水換熱器繞機械功輸出軸的軸線均勻分布。
4.根據權利要求1所述的汽車尾氣餘熱發電系統，其特徵在於，所述熱氣機單元中，各 水冷換熱器分別置於汽車的冷卻箱內。
5.根據權利要求1所述的汽車尾氣餘熱發電系統，其特徵在於，所述飛輪電池單元中， 軸承為磁懸浮高速軸承，飛輪轉子為飛輪_永磁體一體化的結構，其中永磁體為耐高溫的 高性能燒結釹鐵硼，永磁體的工作溫度< 180°C。
6.根據權利要求1所述的汽車尾氣餘熱發電系統，其特徵在於，所述飛輪電池單元中， 轉動軸上還設有用於檢測飛輪轉子運動位置的位置傳感器。
專利摘要本實用新型提供一種汽車尾氣餘熱發電系統，包括相連接的熱氣機單元和飛輪電池單元，熱氣機單元中冷卻腔和膨脹腔分別設於機械功輸出軸的兩端，冷卻腔和膨脹腔內部分別通過轉子將冷卻腔和膨脹腔各分成3個獨立的氣腔，冷卻腔和膨脹腔中相應的兩個氣腔之間通過水冷換熱器和回熱器相連接，加熱氣管與膨脹腔連接；飛輪電池單元中轉動軸與機械功輸出軸連接，轉動軸兩端分別設置軸承，定子線圈設於轉動軸中部，定子線圈兩側分別設有帶永磁體飛輪轉子，轉動軸、軸承、飛輪轉子和定子線圈分別設於電池外殼內。本實用新型能有效解決汽車尾氣直接排放所造成的大量熱散失的問題，在大範圍提高汽車熱效率、使汽車達到節能減排目的的同時，也減少了大量廢氣的排放。
文檔編號F02G5/02GK201753641SQ20102026340
公開日2011年3月2日 申請日期2010年7月16日 優先權日2010年7月16日
發明者劉粲, 牛高產, 謝小鵬, 賈尚雨 申請人:華南理工大學