汽車餘熱發電充電裝置製造方法
2023-04-30 20:22:21
汽車餘熱發電充電裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種汽車餘熱發電充電裝置，包括第一溫差發電片組和第二溫差發電片組，溫差發電片組均通過電壓適配器和充電電路與車輛蓄電池連接，第一溫差發電片組的熱面與第一無機熱超導管的一端接觸，第一無機熱超導管的另一端位於車輛排氣管尾段內部，車輛內燃機的冷卻水套與車輛散熱器之間的冷卻水出水管道上安裝取熱水箱，取熱水箱外壁與第二溫差發電片組的熱面接觸。本實用新型能夠將內燃機工作時產生的熱量轉化為電能，替代現有車輛發電機對車輛電瓶進行充電，一方面能夠提升內燃機的燃料利用效率，另一方面能夠減輕內燃機的負載，使內燃機輸出的動力全部用於驅動車輛行走。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種汽車餘熱利用設備，具體地說是一種汽車餘熱發電充電裝 置。 汽車餘熱發電充電裝置
【背景技術】
[0002] 目前使用內燃機驅動的汽車仍是汽車行業中的主流產品，內燃機在工作時，燃料 燃燒產生的能量不可能全部轉化為動能，而損失的部分能量以熱量的形式隨內燃機的尾氣 和缸體的冷卻水散出，如果能將這部分熱量加以回收利用則會大幅提高內燃機的燃料利用 效率，而如何對內燃機損失的熱量進行充分利用這一問題自從內燃機問世至今，儘管眾多 技術人員付出了大量的努力，但仍然收效甚微，目前本領域技術人員設計出的汽車內燃機 餘熱回收方式及設備均處於理論實驗階段，其實際回收的能量均十分微弱，不具備實用價 值。目前現有的車輛電瓶均需要發電機進行充電，發電機運轉時需要使用內燃機輸出的部 分動力驅動，因此內燃機輸出的動力無法全部用於驅動車輛行走。 實用新型內容
[0003] 本實用新型的目的是提供一種汽車餘熱發電充電裝置，它能夠將內燃機工作時產 生的熱量轉化為電能，替代現有車輛發電機對車輛電瓶進行充電，一方面能夠提升內燃機 的燃料利用效率，另一方面能夠減輕內燃機的負載，使內燃機輸出的動力全部用於驅動車 輛行走。
[0004] 本實用新型為實現上述目的，通過以下技術方案實現：包括第一溫差發電片組和 第二溫差發電片組，第一溫差發電片組和第二溫差發電片組均通過電壓適配器和充電電路 與車輛蓄電池連接，第一溫差發電片組的熱面與第一無機熱超導管的一端接觸，第一無機 熱超導管的另一端位於車輛排氣管尾段內部，第一溫差發電片組的冷麵與第二無機熱超導 管接觸，車輛內燃機的冷卻水套與車輛散熱器之間的冷卻水出水管道上安裝取熱水箱，取 熱水箱外壁與第二溫差發電片組的熱面接觸，第二溫差發電片組的冷麵與第三無機熱超導 管接觸，第二無機熱超導管和第三無機熱超導管上均設置散熱翅片。第一無機熱超導管與 車輛排氣管的中軸線重合，第一無機熱超導管通過3-6個金屬支撐片與車輛排氣管的內壁 連接，各金屬支撐片沿第一無機熱超導管周圈均勻分布。第一無機熱超導管與第一溫差發 電片組熱面接觸的一端、第二無機熱超導管與第一溫差發電片組冷麵接觸的一端以及第三 無機熱超導管與第二溫差發電片組冷麵接觸的一端均加工成扁平狀。車輛底盤上安裝固定 座，固定座通過螺栓與第一壓板連接，第一無機熱超導管、第一溫差發電片組和第二無機熱 超導管位於第一壓板和固定座之間。取熱水箱通過螺栓與第二壓板連接，第三無機熱超導 管和第二溫差發電片組位於第二壓板與取熱水箱之間。第一無機熱超導管、第一溫差發電 片組和第二無機熱超導管側面的非接觸面上設置保溫層。
[0005] 本實用新型的優點在於：能夠將內燃機工作時產生的熱量轉化為電能，替代現有 車輛發電機對車輛電瓶進行充電，一方面能夠提升內燃機的燃料利用效率，另一方面能夠 減輕內燃機的負載，使內燃機輸出的動力全部用於驅動車輛行走；熱量傳導和散熱效率均 能達到極高的水準，可對車輛內燃機冷卻水進行降溫，使車輛散熱器的負載也有所降低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006] 圖1是本實用新型所述對汽車餘熱進行利用的設備的結構示意圖；
[0007] 圖2是圖1的A向結構示意圖；
[0008] 圖3是圖1中I部放大結構示意圖；
[0009] 圖4是圖1中B-B剖視放大結構示意圖。
【具體實施方式】
[0010] 本實用新型所述汽車餘熱發電充電裝置包括第一溫差發電片組1和第二溫差發 電片組2,第一溫差發電片組1和第二溫差發電片組2均通過電壓適配器13和充電電路14 與車輛蓄電池15連接，第一溫差發電片組1的熱面與第一無機熱超導管3的一端接觸，第 一無機熱超導管3的另一端位於車輛排氣管4尾段內部，第一溫差發電片組1的冷麵與第 二無機熱超導管6接觸，車輛內燃機8的冷卻水套與車輛散熱器9之間的冷卻水出水管道 10上安裝取熱水箱11，取熱水箱11外壁與第二溫差發電片組2的熱面接觸，第二溫差發電 片組2的冷麵與第三無機熱超導管12接觸，第二無機熱超導管6和第三無機熱超導管12上 均設置散熱翅片7。為降低熱量損耗，本實用新型所述的溫差發電片組需靠近熱源，但溫差 發電片組自身的耐熱溫度有限(安全工作溫度為l〇〇°C左右，超過150°C後會軟化)，內燃機 冷卻水的溫度較穩定（80°C -90°C)，可使第二溫差發電片組2的熱面直接與取熱水箱接觸， 但車輛排氣管的前、中、後段溫度差別較大，其中前段和中段的溫度均超過了溫差發電片組 自身的耐熱溫度，因此第一溫差發電片組1須靠近車輛排氣管的尾段安裝，車輛排氣管尾 段的溫度通常為80°C -KKTC，符合溫差發電片組自身的耐熱溫度，同時還能夠提供足夠的 溫度給溫差發電片組的熱面，保持溫差發電片組的溫差在40°C以上。
[0011] 本實用新型以溫差發電的方式對車輛內燃機工作時產生的熱量進行回收，車輛內 燃機運轉穩定後其冷卻水溫度和尾氣溫度均處於一個相對溫度的範圍內，不會出現大幅升 降，能夠確保溫差發電片組持續發電。溫差發電片組發出的電能向車輛蓄電池充電，供全車 用電部件使用，需確保溫差發電片組在內燃機正常工況下輸出的電壓高於車輛蓄電池的輸 出電壓，在40°C的環境中反覆試驗得知，溫差發電片組在內燃機正常工況下能夠保持的最 低溫差為40°C，因此確保溫差發電片組在溫差為40°C時發出的電壓高於車輛蓄電池的輸 出電壓即可保證車輛正常行駛時不斷向蓄電池充電。考慮到汽車尾氣所加熱的溫度是變化 的，是很受很多因素影響的，有時低，有時高，特別是發動機剛起動時。溫差發電片的輸出 電壓是會隨溫差而變化，但對蓄電池的充電必須高於電池端電壓才能充電，如果低於電池 端電壓，電池可能反向放電。因而電池前端必須加阻止遞向放電的二極體和必要的電壓適 配器，即溫差發電片輸出電壓大範圍變化時，適配環節經DC/DC直流變換器整定到穩定的 高於蓄電池端電壓某一值使電池一直處於充電狀態，以提高效率，這可用"寬輸入電壓範圍 (10V-40V)同步降壓型控制器"如TPS40050之類(美國Texas產品），輸出整定為25V以上 (或13V以上)對24V (或12V)汽車蓄電池充電。尾氣所用溫差發電片組電壓較低，可經"低 輸入（1. 8V-9. 0V)多拓撲結構型高頻PWM控制器"如TPS43000之類(亦為美國Texas產品） 多組串並聯後同樣整定為25V以上對同一蓄電池充電。本實用新型將內燃機工作時產生的 熱量轉化為電能，替代現有車輛發電機對車輛電瓶進行充電，一方面能夠提升內燃機的燃 料利用效率，另一方面能夠減輕內燃機的負載，使內燃機輸出的動力全部用於驅動車輛行 走。
[0012] 本實用新型為了加快溫差發電片組冷麵的散熱速度，在步驟①中第一溫差發電片 組1的冷麵以及步驟②中第二溫差發電片組2的冷麵均通過無機熱超導管向空氣中散熱。 無機熱超導管由華裔美國科學家渠玉芝先生實用新型，經美國斯坦福（SRI)研究院測試，其 最高等效導熱係數是金屬銀的32500倍，熱阻趨近於零，在全世界27個國家(包括中國）取 得專利權。眾所周知，銀是自然界中導熱性能最佳的金屬，而渠先生實用新型的無機熱管導 熱性能比銀還高數萬倍，故被稱為熱超導管，相對於電阻接近零稱為電超導而得名。因此在 本實用新型中使用無機熱超導管可使溫差發電片組冷麵的熱量迅速傳導至空氣中，幫助溫 差發電片組冷麵迅速降溫，保持溫差發電片組的溫差，儘可能的提高溫差發電片組的發電 功率。
[0013] 本實用新型在將內燃機尾氣中的熱量傳導至溫差發電片組熱面時，為了追求較高 的導熱效率，也將步驟①中車輛內燃機排出的尾氣中的熱量通過安裝在車輛排氣管4中的 無機熱超導管傳導至第一溫差發電片組1的熱面。由於溫差發電片組的冷麵需保持低溫， 因此無法直接安裝在車輛排氣管中，而將溫差發電片組安裝在車輛排氣管的外壁時，由於 接觸面較小，導熱效率難以保證，因此本實用新型將無機熱超導管安裝在車輛排氣管中，通 過無機熱超導管將熱量傳導至溫差發電片組的熱面能夠達到最佳的換熱效率。
[0014] 本實用新型所述內燃機冷卻水的熱量傳導方式為：步驟②中車輛內燃機冷卻水在 對內燃機8的缸體進行降溫後，進入設置在內燃機冷卻水套的出水管道上10的取熱水箱 11，取熱水箱11外壁與第二溫差發電片組2的熱面接觸，內燃機冷卻水的熱量經取熱水箱 11傳導至第二溫差發電片組2的熱面，內燃機冷卻水在取熱水箱11內降溫後沿內燃機冷卻 水套的出水管道10進入散熱器9。該結構不會對車輛冷卻水循環構成阻力，同時還能夠在 冷卻水進入散熱器之前降低冷卻水的溫度，有利於減少車輛散熱器的負載。
[0015] 本實用新型為了進一步提高內燃機尾氣與第一溫差發電片組1熱面之間的導熱 效率，可採用下述結構：第一無機熱超導管3與車輛排氣管4的中軸線重合，第一無機熱超 導管3通過3-6個金屬支撐片5與車輛排氣管4的內壁連接，各金屬支撐片5沿第一無機熱 超導管3周圈均勻分布。金屬支撐片5能夠增加第一無機熱超導管3與尾氣的接觸面積， 同時還能夠將排氣管4管壁的熱量傳導至第一無機熱超導管3,使第一無機熱超導管3能夠 收集更多的熱量向第一溫差發電片傳導。
[0016] 本實用新型為了增加無機熱超導管與溫差發電片組的接觸面積，可將第一無機熱 超導管3與第一溫差發電片組1熱面接觸的一端、第二無機熱超導管6與第一溫差發電片 組1冷麵接觸的一端以及第三無機熱超導管12與第二溫差發電片組2冷麵接觸的一端均 加工成扁平狀。
[0017] 本實用新型所述第一無機熱超導管3、第一溫差發電片組1和第二無機熱超導管6 通過下述結構連接：車輛底盤16上安裝固定座17,固定座17通過螺栓與第一壓板18連接， 第一無機熱超導管3、第一溫差發電片組1和第二無機熱超導管6位於第一壓板18和固定 座17之間。該結構具有安裝拆卸方便、便於在排氣管尾段附件安裝的優點。
[0018] 本實用新型所述取熱水箱11、第三無機熱超導管12和第二溫差發電片組2通過下 述結構連接：取熱水箱11通過螺栓與第二壓板19連接，第三無機熱超導管12和第二溫差 發電片組2位於第二壓板19與取熱水箱11之間。該結構具有取熱水箱11與第二溫差發 電片組2換熱面積大、佔用空間小的優點。
[0019] 本實用新型為了減少第一溫差發電片組1受周圍環境溫度的影響，保持第一溫差 發電片組1熱面與冷麵之間的溫差，可在第一無機熱超導管3、第一溫差發電片組1和第二 無機熱超導管6側面的非接觸面上設置保溫層20。保溫層20同時還能夠對第一無機熱超 導管3、第一溫差發電片組1和第二無機熱超導管6起到保護作用，防止第一無機熱超導管 3、第一溫差發電片組1和第二無機熱超導管6在車輛行駛中被飛濺的砂石損壞。
[0020] 本實用新型所述汽車餘熱發電充電裝置使用步驟如下：
[0021] ①車輛啟動後將車輛內燃機排出的尾氣中的部分熱量傳導至第一溫差發電片組1 的熱面，同時對第一溫差發電片組1的冷麵持續進行降溫，使第一溫差發電片組1熱面與冷 面之間的溫差達到40°C以上，第一溫差發電片組1持續發電，第一溫差發電片組1熱面與冷 面之間的溫差為40°C時的輸出電壓高於車輛蓄電池15的輸出電壓；
[0022] ②車輛水溫超過80°C時將車輛內燃機冷卻水中的部分熱量傳導至第二溫差發電 片組2的熱面，同時對第二溫差發電片組2的冷麵持續進行降溫，使第二溫差發電片組2熱 面與冷麵之間的溫差達到40°C以上，第二溫差發電片組2持續發電，第二溫差發電片組2熱 面與冷麵之間的溫差為40°C時的輸出電壓高於車輛蓄電池15的輸出電壓；
[0023] ③步驟①中第一溫差發電片組1發出的電流和步驟②中第二溫差發電片組2發出 的電流通過電壓適配器13和充電電路14對車輛的蓄電池15進行充電。
【權利要求】
1. 汽車餘熱發電充電裝置，其特徵在於：包括第一溫差發電片組（1)和第二溫差發電 片組（2)，第一溫差發電片組（1)和第二溫差發電片組（2)均通過電壓適配器（13)和充電電 路（14)與車輛蓄電池（15)連接，第一溫差發電片組（1)的熱面與第一無機熱超導管（3)的 一端接觸，第一無機熱超導管（3)的另一端位於車輛排氣管（4)尾段內部，第一溫差發電片 組（1)的冷麵與第二無機熱超導管（6)接觸，車輛內燃機（8)的冷卻水套與車輛散熱器（9) 之間的冷卻水出水管道（10)上安裝取熱水箱（11 )，取熱水箱（11)外壁與第二溫差發電片 組（2)的熱面接觸，第二溫差發電片組（2)的冷麵與第三無機熱超導管（12)接觸，第二無機 熱超導管（6)和第三無機熱超導管（12)上均設置散熱翅片（7)。
2. 根據權利要求1所述的汽車餘熱發電充電裝置，其特徵在於：第一無機熱超導管（3) 與車輛排氣管（4)的中軸線重合，第一無機熱超導管（3)通過3-6個金屬支撐片（5)與車輛 排氣管（4)的內壁連接，各金屬支撐片（5)沿第一無機熱超導管（3)周圈均勻分布。
3. 根據權利要求1所述的汽車餘熱發電充電裝置，其特徵在於：第一無機熱超導管（3) 與第一溫差發電片組（1)熱面接觸的一端、第二無機熱超導管（6)與第一溫差發電片組（1) 冷麵接觸的一端以及第三無機熱超導管（12)與第二溫差發電片組（2)冷麵接觸的一端均 加工成扁平狀。
4. 根據權利要求3所述的汽車餘熱發電充電裝置，其特徵在於：第一無機熱超導管 (3)、第一溫差發電片組（1)和第二無機熱超導管（6)位於第一壓板（18)和固定座（17)之 間，固定座（17 )通過螺栓與第一壓板（18 )連接，固定座（17 )安裝在車輛底盤（16 )上。
5. 根據權利要求3所述的汽車餘熱發電充電裝置，其特徵在於：取熱水箱（11)通過螺 栓與第二壓板（19)連接，第三無機熱超導管（12)和第二溫差發電片組（2)位於第二壓板 (19)與取熱水箱（11)之間。
6. 根據權利要求1所述的汽車餘熱發電充電裝置，其特徵在於：第一無機熱超導管 (3)、第一溫差發電片組（1)和第二無機熱超導管（6)側面的非接觸面上設置保溫層（20)。
【文檔編號】H02N11/00GK203883496SQ201420014838
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年1月10日 優先權日:2013年1月14日
【發明者】閆化啟, 彭映斌 申請人:閆化啟