一種公交車排氣管溫差發電裝置的製作方法

2023-06-14 10:20:16

本發明涉及汽車尾氣餘熱發電設備，特別涉及一種公交車排氣管底部溫差發電裝置。

背景技術：

隨著社會經濟的高速發展，公交車日漸普及，它不僅緩解了城市的交通壓力，也極大方便了人們的出行，是日常生活中不可缺少的一部分。但與此同時公交車在運行過程中排氣管所產生的熱量卻嚴重威脅著發動機的正常運行，目前市場上主要是利用散熱孔等被動散熱方式進行散熱，存在著散熱過慢、不均勻等諸多弊端。其實，排氣管所產生的廢熱是一種能量，如果能夠將其收集並加以利用，不僅能夠保護環境，還能節約資源，可謂一舉多得。

據檢索，目前已有將利用汽車尾氣餘熱進行溫差發電的裝置，如申請號201410137635.6的中國專利申請公開了一種車載尾氣餘熱溫差發電系統，其包括尾氣箱、冷卻水箱組件、溫差發電模塊組件和夾緊板，尾氣箱的兩端分別設置有進氣歧管和排氣歧管，尾氣箱包括氣箱體、分流翅片、導流翅片和匯流翅片；冷卻水箱組件的兩端分別設置有進水歧管和出水歧管，冷卻水箱組件包括多個冷卻水箱，冷卻水箱包括水箱體和導流板；溫差發電模塊組件的熱端與尾氣箱的兩側貼合、冷端與冷卻水箱組件的一側貼合，溫差發電模塊組件包括多個溫差發電模塊；夾緊板設置在冷卻水箱組件的外部，且夾緊板的兩端通過螺栓鎖緊。

又如專利號為201020101524.7名稱為「汽車尾氣廢熱溫差發電裝置」的中國專利，申請公開了一種利用汽車尾氣廢熱進行溫差發電的裝置，其包括尾氣通道、熱電模塊和冷卻系統，尾氣通道進氣口與發動機排氣管聯通，尾氣通道排氣口與汽車排氣管的聯通，熱電模塊的高溫端緊貼在尾氣通道的外壁上，熱電模塊的低溫端由冷卻系統降溫，熱電模塊產生的電力輸至車載蓄電池。

上述兩種利用尾氣餘熱進行溫差發電的裝置技術方案中，第一種方案的裝置是設置在汽車發動機附近的，靠近發動機，這種設計會對發動機正常的散熱有造成不利影響，安全性能較低，而且可安裝性差；對於第二種技術方案，其水冷系統的水泵需要額外提供動力，耗費能源，而本裝置的水冷系統巧妙地利用了汽車行駛中車體的振動來驅動冷卻水循環，更加節能。

上述兩種利用汽車尾氣餘熱進行溫差發電的方案均沒有通過利用汽車體的行駛振動來驅動冷卻水循環的設計。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種能源綜合利用率高的公交車排氣管溫差發電裝置，旨在將公交車排氣管熱能轉化為電能、同時利用汽車行進過程的振動能量轉化為冷卻液循環動力，不消耗外在電能。

本發明的目的是這樣實現的：一種公交車排氣管溫差發電裝置，吸熱銅管的冷卻水進、出口兩端或者內有液體流通空腔的吸熱銅板的冷卻水進、出口兩端分別與u字形的冷卻管道兩端連接而構成冷卻水迴路；吸熱銅管固定在金屬板底面上；溫差發電片壓接在金屬板與位於金屬板上方的銅質的弧形凹槽的底部平面之間，或者，溫差發電片壓接在吸熱銅板與銅質的弧形凹槽的底部平面之間，上述用作固定公交車尾氣管的弧形凹槽的內曲面與公交車尾氣管的外形相吻合；上述冷卻水迴路中的冷卻管道進口管和出口管上分別安裝有第一水泵和第二水泵；第一水泵的驅動機構為：設置在公交車懸架下方、並與懸架接觸的雙面齒條分別與左齒輪和右齒輪嚙合，且左、右齒輪分別經軸承和單向軸承安裝在固定軸上和右葉輪軸上，固定軸固定在驅動箱體上，右葉輪軸可轉動地架設在驅動箱體上，且右葉輪軸伸出驅動箱體的前端上安裝有右葉輪；第二水泵的驅動機構與第一水泵的驅動機構的結構完全相同；上述第一、第二水泵的兩個驅動機構中的兩個右葉輪分別設置在第一水泵泵體的流體通道內和第二水泵泵體的流體通道內，上述第一、第二水泵的兩個驅動機構中的兩個單向軸承的驅動方向相反。

所述吸熱鋼管呈蛇形盤管形式固定在金屬板底面上。

所述第一水泵的進、出口管上均設置有全幅散熱鰭片，第二水泵的進、出口管上均設置有全幅散熱鰭片，冷卻水管的水平管上設置有半幅散熱鰭片。

所述冷卻水管的管徑大於吸熱銅管的管徑，冷卻水管經大小頭的管口接頭與吸熱銅管連接。

所述弧形凹槽上方還經螺栓固定有用作固定公交車尾氣管的多個弧形條。

所述雙面齒條的下方設置有復位彈簧，或者，雙面齒條上端與公交車懸架鉸接。

本發明的另一目的是提供一種能源綜合利用率更高的公交車排氣管溫差發電裝置，旨在將公交車排氣管熱能轉化為電能、同時採用汽車行進過程的振動能量為冷卻液循環動力，不消耗外在電能。

本發明的又一目的是這樣實現的：一種公交車排氣管溫差發電裝置，吸熱銅管的冷卻水進、出口兩端或者內有液體流通空腔的吸熱銅板的冷卻水進、出口兩端分別與u字形的冷卻管道兩端連接而構成冷卻水迴路；吸熱銅管固定在金屬板底面上；溫差發電片壓接在金屬板與位於金屬板上方的銅質的弧形凹槽的底部平面之間，或者，溫差發電片壓接在吸熱銅板與銅質的弧形凹槽的底部平面之間，上述用作固定公交車尾氣管的弧形凹槽的內曲面與公交車尾氣管的外形相吻合；上述冷卻水迴路中的冷卻管道進口管和出口管上分別安裝有第一水泵和第二水泵；第一水泵的驅動機構為：設置在公交車懸架下方、並與懸架接觸的雙面齒條分別與左齒輪和右齒輪嚙合，該左、右齒輪分別經驅動方向相同的兩個單向軸承安裝在兩個葉輪軸上，該兩個葉輪軸分別可轉動地架設在驅動箱體上，該兩個葉輪軸伸出驅動箱體的前端上分別安裝有一個葉輪；第二水泵的驅動機構與第一水泵的驅動機構的結構完全相同；第一水泵的驅動機構中的兩個葉輪一前一後地設置在第一水泵的泵體內，第二水泵的驅動機構中的兩個葉輪一前一後地設置在第二水泵的泵體內。

所述吸熱鋼管呈蛇形盤管形式固定在金屬板底面上；所述第一水泵的進、出口管上均設置有全幅散熱鰭片，第二水泵的進、出口管上均設置有全幅散熱鰭片，冷卻水管的水平管上設置有半幅散熱鰭片。

所述冷卻水管的管徑大於吸熱銅管的管徑，冷卻水管經大小頭的管口接頭與吸熱銅管連接；所述弧形凹槽上方還經螺栓固定有用作固定公交車尾氣管的多個弧形條。

所述雙面齒條的下方設置有復位彈簧，或者，雙面齒條上端與公交車懸架鉸接。

本公交車排氣管溫差發電裝置，主要由振動驅動機構、冷卻水循環機構、溫差發電機構組成，設置在公交車懸架底部的雙面齒條兩側分別與兩個齒輪嚙合，一側齒輪與和驅動箱體固定連接的固定軸之間設有普通軸承，另一側齒輪與（非電力）水泵的輸入軸之間設有單向軸承；兩個（非電力）水泵出入管口與冷卻管道連接，冷卻管道外壁設有全幅散熱鰭片和半幅散熱鰭片（位置許可情況下，也可採用全幅散熱鰭片），曲形銅管與冷卻管道通過管口接頭連接；與公交車尾氣管下部貼合的熱端銅質弧形凹槽與弧形固定條經螺栓連接，熱端弧形凹槽與冷端金屬板片之間設有溫差發電片，冷端金屬板片下端與曲形銅管貼合。

上述冷卻管道兩端分別設有一個（非電力）水泵和兩個全幅散熱鰭片。

上述溫差發電片在水平面陣列排列。

上述兩個（非電力）水泵輸入軸上的兩單向軸承方向相反。

本發明通過單向軸承的使用，實現了非電力水泵中葉片的單方向轉動（驅動水泵葉輪軸轉動），提高了冷卻液循環的效率；再利用設置於公交車懸架底部的雙面齒條以及嚙合的齒輪將車體振動的能量轉化，另外散熱鰭片的安裝使得冷凝液時刻保持在工作溫度，熱端半圓形的結構與排氣管緊密貼合，提高了熱量利用率，從而確保了溫差發電片強大電能的輸出

本發明的工作過程和原理是：公交車運行過程中排氣管散失大量熱量，傳遞給熱端弧形凹槽，熱端弧形凹槽與冷端金屬板片形成溫差，作用於溫差發電片兩端，依據賽貝斯原理，溫差發電片形成電壓，產生電流，電流經整流穩壓後即可儲存起來提供給公交車車載設備使用。

振動驅動過程：

公交車在運行過程中車軸和車體發生相對振動，帶動雙面齒條與驅動箱作相對運動，齒條帶動與之嚙合的定位齒輪（左齒輪）和傳動齒輪（右齒輪）轉動。單向軸承使得當傳動齒輪向某一方向轉動時，單向軸承鎖死，驅動（非電力）水泵的葉片軸轉動；當傳動齒輪向另一方向轉動是，單向軸承滾珠滾動，水泵葉輪軸不轉動；從而實現了運動有齒條的雙向移動到水泵槳片的單向轉動的轉換。

冷卻循環過程：

（非電力）水泵驅動冷卻液體在冷卻管道和曲形銅管中單向循環流動。對冷端金屬板片降溫，從而使溫差發電片冷熱端溫差保持在最佳情況。此時，由於散熱鰭片極大的表面積和車輛運行過程中流動的空氣，冷卻管道中循環回流的冷卻液能夠持續降溫。經冷卻管道降溫的冷卻液再次進入曲形銅管（即吸熱銅管）時，已具有較低的溫度。如此，冷卻液不斷單向循環流動，冷卻過程循環往復，使得溫差發電片兩端持續穩定地保持較大溫差，從而使得產生的電流持續穩定且效益可觀。

與現有的技術相比，本發明的有益效果是：

一、本發明與其他同類裝置最大的不同在於裝在車體排氣管底部，並且直接利用排氣管的熱量比利用尾氣效率高的多，易於拆卸，對車輛正常運行沒有影響，安全性高。

二、本發明的冷卻系統巧妙地利用車體行駛中振動能量推動水泵運轉而實現冷卻液循環的方式，不斷為溫差發電片冷端降溫，從而保持冷熱端之間的溫差。這種方式可以使冷端溫度迅速降低，大大提高了冷卻的效率，保證裝置可以持續運轉，產生電能。裝置採用了單向軸承，儘管車身的振動是往復性的，仍然能確保冷卻液進行的是單向的循環，整個過程不需要耗能實現了對目標的冷卻。

三、本發明可以提高車輛的舒適性。由於冷卻液循環時有阻力，可以使車身振動更快地消減，減少車輛的顛簸，這對於乘客乘坐時的舒適度有很大提高。

四、本發明整體都不需要外界供能，實現了完全的綠色環保，實現了零汙染。

五、本發明可以將能量續集起來，供手機等電子設備充電，解決了大家出行電子設備電力不足的尷尬情況。

六、本溫差發電裝置能夠將排氣管散發的熱能轉化為電能，給公交車內用電設備充電，提高能源的利用效率。

本裝置有效地解決公交車振動驅動冷卻液循環給溫差發片電冷端降溫以維持溫差進行發電的問題，具有發電裝置結構簡單、成本低、使用安全可靠、發電效率高、節約能源、體積較小、不汙染環境，普遍適用於所有機動車輛等特點。

附圖說明

圖1是本發明的整體結構立體示意圖。

圖2是本發明的第一種水泵驅動機構結構圖。

圖3是圖1去掉一驅動箱後的另一視角方向的立體示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

圖1示出公交車排氣管溫差發電裝置，吸熱銅管12的冷卻水進、出口兩端或者內有液體流通空腔的吸熱銅板的冷卻水進、出口兩端分別與u字形的冷卻管道10兩端連接而構成冷卻水迴路；吸熱銅管12固定在金屬板13底面上；溫差發電片14壓接在金屬板13與位於金屬板13上方的銅質的弧形凹槽15的底部平面之間，或者，溫差發電片14壓接在吸熱銅板與銅質的弧形凹槽15的底部平面之間，上述用作固定公交車尾氣管的弧形凹槽15的內曲面與公交車尾氣管的外形相吻合；上述冷卻水迴路中的冷卻管道10進口管和出口管上分別安裝有第一水泵18和第二水泵17；第一水泵的驅動機構為：設置在公交車懸架下方、並與懸架接觸的雙面齒條1分別與左齒輪3a和右齒輪3嚙合，且左、右齒輪3a、3分別經軸承5和單向軸承4安裝在固定軸6上和右葉輪軸7上（即軸承內圈上固定軸，軸承外圈上固定齒輪），固定軸6固定在驅動箱體2上，右葉輪軸7可轉動地架設在驅動箱體2上，且右葉輪軸7伸出驅動箱體2的前端上安裝有右葉輪；第二水泵的驅動機構與第一水泵的驅動機構的結構完全相同；上述第一、第二水泵的兩個驅動機構中的兩個右葉輪分別設置在第一水泵18泵體的流體通道內和第二水泵泵體的流體通道內，上述第一、第二水泵的兩個驅動機構中的兩個單向軸承4的驅動方向相反（參見圖2）。吸熱銅板為有冷卻水夾套的板式換熱器，換熱面積更大。u字形的冷卻管道10由兩側的進、出口管（相互平行）和與二者垂直連接的水平管組成。吸熱鋼管12呈蛇形盤管形式固定在金屬板13底面上（圖3）。第一水泵18的進、出口管上均設置有全幅散熱鰭片，第二水泵17的進、出口管上均設置有全幅散熱鰭片8，冷卻水管10的水平管上設置有半幅散熱鰭片9。冷卻水管10的管徑大於吸熱銅管12的管徑，冷卻水管10經大小頭的管口接頭11與吸熱銅管12連接。弧形凹槽15上方還經螺栓固定有用作固定公交車尾氣管的多個弧形條16。雙面齒條1的下方設置有復位彈簧，或者，雙面齒條1上端與公交車懸架鉸接。

公交車排氣管溫差發電裝置包括振動式水泵驅動機構、冷卻水循環機構、溫差發電機構，設置在公交車懸架底部的雙面齒條1兩側分別與2個齒輪嚙合，左齒輪3a與固定軸6（和驅動箱體2固定連接）之間設有（普通）軸承5，右齒輪3與（非電力）水泵7的輸入軸之間設有單向軸承4；兩個（非電力）水泵18、17出入管口與冷卻管道10連接，冷卻管道10外壁設有全幅散熱鰭片8和半幅散熱鰭片9（若位置許可，也可用全幅散熱鰭片），（曲形）吸熱銅管12與冷卻管道10通過管口接頭11連接；與公交車尾氣管下部貼合的熱端銅質弧形凹槽15與弧形條16螺栓連接，熱端弧形凹槽15與冷端金屬板13之間設有溫差發電片14，冷端金屬板片13下端與曲形吸熱銅管12貼合。

所述冷卻管道10兩端分別設有一個非電力水泵和兩個全幅散熱鰭片8。

所述溫差發電片14在水平面陣列排列。

所述兩個非電力水泵輸入軸（即葉輪軸）上的兩單向軸承4方向相反。

振動驅動過程：

公交車在運行過程中車軸和車體發生相對振動，帶動雙面齒條1與驅動箱體2發生相對運動，齒條1帶動與之嚙合的定位齒輪即左齒輪3a和傳動齒輪即右齒輪3轉動。單向軸承4使得當傳動齒輪向某一方向轉動時，單向軸承4鎖死，驅動（非電力）水泵7的葉輪軸轉動；當傳動齒輪向另一方向轉動時，單向軸承4滾珠滾動，葉片軸不轉動；從而實現了齒條的雙向移動到水泵葉輪軸的單向轉動的轉換。

冷卻循環過程：

第一、第二水泵18、17交替驅動冷卻液體在冷卻管道10和曲形吸熱銅管12中單向循環流動。對冷端金屬板13降溫，從而使溫差發電片14冷熱端溫差保持在最佳情況。此時，由於散熱鰭片8極大的表面積和車輛運行過程中流動的空氣，冷卻管道10中循環回流的冷卻液能夠持續降溫。經冷卻管道10降溫的冷卻液再次進入曲形吸熱銅管12時，已具有較低的溫度。如此，冷卻液不斷單向循環流動，冷卻過程循環往復，使得溫差發電片14兩端持續穩定地保持較大溫差，從而使得產生的電流持續穩定且效益可觀

參見圖1，吸熱銅管12的冷卻水進、出口兩端或者內有液體流通空腔的吸熱銅板的冷卻水進、出口兩端分別與u字形的冷卻管道10兩端連接而構成冷卻水迴路；吸熱銅管12固定在金屬板13底面上；溫差發電片14壓接在金屬板13與位於金屬板13上方的銅質的弧形凹槽15的底部平面之間，或者，溫差發電片14壓接在吸熱銅板與銅質的弧形凹槽15的底部平面之間，上述用作固定公交車尾氣管的弧形凹槽15的內曲面與公交車尾氣管的外形相吻合；上述冷卻水迴路中的冷卻管道10進口管和出口管上分別安裝有第一水泵18和第二水泵17；第一水泵的另一種驅動機構為：設置在公交車懸架下方、並與懸架接觸的雙面齒條1分別與左齒輪3a和右齒輪3嚙合，該左、右齒輪分別經驅動方向相同的兩個單向軸承安裝在兩個葉輪軸上，該兩個葉輪軸分別可轉動地架設在驅動箱體2上，該兩個葉輪軸伸出驅動箱體2的前端上分別安裝有一個葉輪；第二水泵的驅動機構與第一水泵的驅動機構的結構完全相同；第一水泵的驅動機構中的兩個葉輪一前一後（按水流方向）地設置在第一水泵18的泵體內，第二水泵的驅動機構中的兩個葉輪一前一後地設置在第二水泵17的泵體內。參見圖2，即圖2中的左、右齒輪均通過單向軸承（驅動方向相同）安裝在兩個平行的葉輪軸上，該兩葉輪軸的前部分別伸入第一水泵18的泵體內，且兩葉輪軸前部均安裝有葉片，即構成由汽車振動力推動的第一水泵，當汽車振動力推動雙面齒條下行時（參見圖2），左齒輪順時針轉動，右齒輪反時針轉動，由於二者分別經驅動方向相同的單向軸承安裝在兩個葉輪軸上，因此，只有其中一個葉輪軸被驅動旋轉，作為水泵使冷卻水循環，而另一葉輪軸只作空轉；第二水泵的結構與第一水泵的結構完全相同。此方案中，當雙面齒條下行時，第一水泵和第二水泵中分別有一個葉輪按同一方向（如，順時針）轉動，當雙面齒條上行時，第一水泵和第二水泵同樣分別有一個葉輪按同一方向（如，順時針）轉動。這樣，整個冷卻液循環迴路中就有兩個水泵同時工作（按同一方向轉動），能量利用率更高。吸熱銅管12呈蛇形盤管形式固定在金屬板13底面上；所述第一水泵18的進、出口管上均設置有全幅散熱鰭片，第二水泵17的進、出口管上均設置有全幅散熱鰭片8，冷卻水管10的水平管上設置有半幅散熱鰭片9。冷卻水管10的管徑大於吸熱銅管12的管徑，冷卻水管10經大小頭的管口接頭11與吸熱銅管12連接；所述弧形凹槽15上方還經螺栓固定有用作固定公交車尾氣管的多個弧形條16。雙面齒條1的下方設置有復位彈簧，或者，雙面齒條1上端與公交車懸架鉸接。