專利名稱：汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車尾氣的回收利用技術(shù)，特別涉及一種汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在汽車使用中，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車的心臟，是汽車動(dòng)力的來源，也是燃料的直接 消耗者，但目前，多數(shù)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率很低(20% -30% )，而發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量絕大部 分以汽車尾氣余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(yán)峻的氣候越來越大的壓力。近年來，國家一直提倡要構(gòu)建節(jié)能減排社 會(huì)，這些熱效率較低的汽車與構(gòu)建節(jié)能減排社會(huì)也就背道而馳，而目前尚沒有一個(gè)有效的 利用汽車尾氣余熱發(fā)電的系統(tǒng)。因此，若能將汽車尾氣中的這部分能量回收利用起來，定會(huì) 帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益，并有效緩解日益嚴(yán)重的能源與環(huán)境問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，該系 統(tǒng)能很好地利用汽車尾氣的余熱進(jìn)行發(fā)電，有效回收汽車尾氣中的熱量，也減少汽車尾氣 對(duì)空氣的污染。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，包括相連接的熱氣 機(jī)單元和飛輪電池單元，所述熱氣機(jī)單元包括冷卻腔、膨脹腔、回?zé)崞鳌⑺鋼Q熱器、加熱氣 管和機(jī)械功輸出軸，冷卻腔和膨脹腔分別設(shè)于機(jī)械功輸出軸的兩端，冷卻腔和膨脹腔內(nèi)部 分別通過轉(zhuǎn)子將冷卻腔和膨脹腔各分成3個(gè)獨(dú)立的氣腔，冷卻腔和膨脹腔中相應(yīng)的兩個(gè)氣 腔之間通過水冷換熱器和回?zé)崞飨噙B接，按照氣流方向，膨脹腔、回?zé)崞?、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(nèi)每個(gè)獨(dú)立的氣腔對(duì)應(yīng)一束加熱氣管；所述 飛輪電池單元包括轉(zhuǎn)動(dòng)軸、軸承、飛輪轉(zhuǎn)子、定子線圈和電池外殼，轉(zhuǎn)動(dòng)軸與機(jī)械功輸出軸 連接，轉(zhuǎn)動(dòng)軸兩端分別設(shè)置軸承，定子線圈設(shè)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸中部，定子線圈兩側(cè)分別設(shè)有飛輪轉(zhuǎn) 子，各飛輪轉(zhuǎn)子與定子線圈靠近的一側(cè)設(shè)有永磁體，轉(zhuǎn)動(dòng)軸、軸承、飛輪轉(zhuǎn)子和定子線圈分 別設(shè)于電池外殼內(nèi)。所述冷卻腔或膨脹腔內(nèi)，在轉(zhuǎn)子與其腔壁的相接處分別設(shè)有氣口，該氣口可作為 腔中氣體循環(huán)流動(dòng)完成熱力學(xué)循環(huán)的通道。所述熱氣機(jī)單元中，三組相連接的回?zé)崞骱屠渌畵Q熱器繞機(jī)械功輸出軸的軸線均 勻分布，一組相連接的回?zé)崞骱屠渌畵Q熱器對(duì)應(yīng)冷卻腔或膨脹腔內(nèi)一個(gè)獨(dú)立的氣腔，也就 是說，熱氣機(jī)單元中實(shí)質(zhì)上有三個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)；其中，各回?zé)崞飨喈?dāng)于一個(gè)儲(chǔ)能器，當(dāng)氣體 從膨脹腔流向冷卻腔時(shí)，回?zé)崞魑諝怏w熱量使氣體溫度降低，當(dāng)氣體從冷卻腔流向膨脹 腔時(shí)，回?zé)崞麽尫艧崃渴箽怏w溫度升高。所述熱氣機(jī)單元中，各水冷換熱器分別置于汽車的冷卻箱內(nèi)。所述飛輪電池單元中，軸承為磁懸浮高速軸承，飛輪轉(zhuǎn)子為飛輪_永磁體一體化 的結(jié)構(gòu)，其中永磁體為耐高溫的高性能燒結(jié)釹鐵硼，永磁體的工作溫度< 180°C。
所述飛輪電池單元中，轉(zhuǎn)動(dòng)軸上還設(shè)有用于檢測(cè)飛輪轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)位置的位置傳感 器，傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)飛輪轉(zhuǎn)子在運(yùn)動(dòng)過程中的位置后，將其位置信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后通 過其外接的控制系統(tǒng)對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行控制，從而保證定子線圈中各相繞組的正確換向。本發(fā)明的汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)使用時(shí)，其能量轉(zhuǎn)化過程為熱能一機(jī)械 能一電能；具體為熱氣機(jī)單元內(nèi)，汽車尾氣通過加熱氣管對(duì)膨脹腔進(jìn)行加熱，使膨脹腔 內(nèi)得到高溫高壓氣體，高溫高壓氣體膨脹進(jìn)入回?zé)崞?，?jīng)回?zé)崞鬟M(jìn)行熱量儲(chǔ)存后，進(jìn)入水冷 換熱器進(jìn)行冷卻，最后進(jìn)入冷卻腔進(jìn)行壓縮，該過程中氣體驅(qū)動(dòng)膨脹腔和冷卻腔內(nèi)的轉(zhuǎn)子 運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)械功輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能的轉(zhuǎn)化；飛輪電池單元內(nèi)，機(jī)械功輸 出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，通過飛輪轉(zhuǎn)子上永磁體與定子線圈的電 磁感應(yīng)進(jìn)行發(fā)電，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電能之間的轉(zhuǎn)化。該系統(tǒng)中，當(dāng)汽車無尾氣排出時(shí)，冷卻腔 內(nèi)氣體通過冷水換熱器和回?zé)崞骰亓髦僚蛎浨?，氣體經(jīng)過回?zé)崞鲿r(shí)吸收熱量，使系統(tǒng)內(nèi)保 持氣壓平衡。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明的汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)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，在大范圍提高汽車熱效率、使汽車達(dá)到節(jié)能減排目的的同時(shí)，也減少了大量 廢氣的排放，對(duì)構(gòu)建節(jié)能社會(huì)有積極的推動(dòng)作用，若大范圍推廣，能有效緩解氣候的溫室效 應(yīng)，有利于人類低碳生活的推進(jìn)。本發(fā)明的汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)通過熱氣機(jī)單元和飛輪電池單元實(shí)現(xiàn)“熱能一 機(jī)械能——電能”的轉(zhuǎn)化，其結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間小，熱氣機(jī)單元將汽車尾氣中的熱能轉(zhuǎn)化 為機(jī)械能并在飛輪中儲(chǔ)存起來，飛輪電池單元利用儲(chǔ)存在飛輪中的機(jī)械能發(fā)電并將電能儲(chǔ) 存起來以備汽車中用電設(shè)備的利用。


圖1是本發(fā)明中熱氣機(jī)單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中飛輪電池單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不 限于此。本實(shí)施例一種汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，包括相連接的熱氣機(jī)單元和飛輪電池單 元，其中，熱氣機(jī)單元的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括冷卻腔1-1、膨脹腔1-2、回?zé)崞?-3、水冷換熱 器1-4、加熱氣管1-6和機(jī)械功輸出軸1-7，冷卻腔1-1和膨脹腔1-2分別設(shè)于機(jī)械功輸出 軸1-7的兩端，冷卻腔1-1和膨脹腔1-2內(nèi)部分別通過轉(zhuǎn)子1-8將冷卻腔1-1和膨脹腔1-2 各分成3個(gè)獨(dú)立的氣腔，冷卻腔1-1和膨脹腔1-2中相應(yīng)的兩個(gè)氣腔之間通過水冷換熱器 1-4和回?zé)崞?-3相連接，按照氣流方向，膨脹腔1-2、回?zé)崞?-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(nèi)每個(gè)獨(dú)立的氣腔對(duì)應(yīng)一束加 熱氣管1-6 ；飛輪電池單元的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括轉(zhuǎn)動(dòng)軸2-1、軸承2-2、飛輪轉(zhuǎn)子2-3、定 子線圈2-4和電池外殼2-5，轉(zhuǎn)動(dòng)軸2-1與機(jī)械功輸出軸1-7連接，轉(zhuǎn)動(dòng)軸2_1兩端分別設(shè) 置軸承2-2，定子線圈2-4設(shè)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸2-1中部，定子線圈2-4兩側(cè)分別設(shè)有飛輪轉(zhuǎn)子2_3，各飛輪轉(zhuǎn)子2-3與定子線圈2-4靠近的一側(cè)設(shè)有永磁體2-6，轉(zhuǎn)動(dòng)軸2-1、軸承2_2、飛輪轉(zhuǎn) 子2-3和定子線圈2-4分別設(shè)于電池外殼2-5內(nèi)。上述汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)中，冷卻腔1-1或膨脹腔1-2內(nèi)，在轉(zhuǎn)子1-8與其腔壁 的相接處分別設(shè)有氣口 1-5，該氣口 1-5可作為腔中氣體循環(huán)流動(dòng)完成熱力學(xué)循環(huán)的通道。熱氣機(jī)單元中，三組相連接的回?zé)崞?-3和冷水換熱器1-4繞機(jī)械功輸出軸1-7 的軸線均勻分布，一組相連接的回?zé)崞?-3和冷水換熱器1-4對(duì)應(yīng)冷卻腔1-1或膨脹腔 1-2內(nèi)一個(gè)獨(dú)立的氣腔，也就是說，熱氣機(jī)單元中實(shí)質(zhì)上有三個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)；其中，各回?zé)?器1-3相當(dāng)于一個(gè)儲(chǔ)能器，當(dāng)氣體從膨脹腔1-2流向冷卻腔1-1時(shí)，回?zé)崞?-3吸收氣體熱 量使氣體溫度降低，當(dāng)氣體從冷卻腔1-1流向膨脹腔1-2時(shí)，回?zé)崞?-3釋放熱量使氣體溫 度升高。熱氣機(jī)單元中，各水冷換熱器1-4分別置于汽車的冷卻箱內(nèi)。飛輪電池單元中，軸承2-2為磁懸浮高速軸承，飛輪轉(zhuǎn)子2-3為飛輪-永磁體一體 化的結(jié)構(gòu)，其中永磁體2-6為耐高溫的高性能燒結(jié)釹鐵硼，永磁體2-6的工作溫度< 180°C。飛輪電池單元中，轉(zhuǎn)動(dòng)軸2-1上還設(shè)有用于檢測(cè)飛輪轉(zhuǎn)子2-3運(yùn)動(dòng)位置的位置傳 感器(傳感器在圖2中未示出)，傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)飛輪轉(zhuǎn)子2-3在運(yùn)動(dòng)過程中的位置后，將 其位置信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后通過其外接的控制系統(tǒng)對(duì)該電信號(hào)進(jìn)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(shí)施例的汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)使用時(shí)，其能量轉(zhuǎn)化過程為熱能——機(jī)械 能——電能；具體為熱氣機(jī)單元內(nèi)，汽車尾氣通過加熱氣管1-6對(duì)膨脹腔1-2進(jìn)行加熱，使 膨脹腔1-2內(nèi)得到高溫高壓氣體，高溫高壓氣體膨脹進(jìn)入回?zé)崞?-3，經(jīng)回?zé)崞?-3進(jìn)行熱 量儲(chǔ)存后，進(jìn)入水冷換熱器1-4進(jìn)行冷卻，最后進(jìn)入冷卻腔1-1進(jìn)行壓縮，該過程中氣體驅(qū) 動(dòng)膨脹腔1-2和冷卻腔1-1內(nèi)的轉(zhuǎn)子1-8運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)械功輸出軸1-7轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)熱能 和機(jī)械能的轉(zhuǎn)化；飛輪電池單元內(nèi)，機(jī)械功輸出軸1-7的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸2-1轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)飛 輪轉(zhuǎn)子2-3轉(zhuǎn)動(dòng)，通過飛輪轉(zhuǎn)子2-3上永磁體與定子線圈2-4的電磁感應(yīng)進(jìn)行發(fā)電，實(shí)現(xiàn)機(jī) 械能和電能之間的轉(zhuǎn)化。該系統(tǒng)中，當(dāng)汽車無尾氣排出時(shí)，冷卻腔1-1內(nèi)氣體通過冷水換熱 器1-4和回?zé)崞?-3回流至膨脹腔，氣體經(jīng)過回?zé)崞?-3時(shí)吸收熱量，使系統(tǒng)內(nèi)保持氣壓平 如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用 來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍；即凡依本發(fā)明內(nèi)容所作的均等變化與修飾，都為本發(fā)明權(quán)利要 求所要求保護(hù)的范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括相連接的熱氣機(jī)單元和飛輪電池單元，所述熱氣機(jī)單元包括冷卻腔、膨脹腔、回?zé)崞?、水冷換熱器、加熱氣管和機(jī)械功輸出軸，冷卻腔和膨脹腔分別設(shè)于機(jī)械功輸出軸的兩端，冷卻腔和膨脹腔內(nèi)部分別通過轉(zhuǎn)子將冷卻腔和膨脹腔各分成3個(gè)獨(dú)立的氣腔，冷卻腔和膨脹腔中相應(yīng)的兩個(gè)氣腔之間通過水冷換熱器和回?zé)崞飨噙B接，按照氣流方向，膨脹腔、回?zé)崞?、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(nèi)每個(gè)獨(dú)立的氣腔對(duì)應(yīng)一束加熱氣管；所述飛輪電池單元包括轉(zhuǎn)動(dòng)軸、軸承、飛輪轉(zhuǎn)子、定子線圈和電池外殼，轉(zhuǎn)動(dòng)軸與機(jī)械功輸出軸連接，轉(zhuǎn)動(dòng)軸兩端分別設(shè)置軸承，定子線圈設(shè)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸中部，定子線圈兩側(cè)分別設(shè)有飛輪轉(zhuǎn)子，各飛輪轉(zhuǎn)子與定子線圈靠近的一側(cè)設(shè)有永磁體，轉(zhuǎn)動(dòng)軸、軸承、飛輪轉(zhuǎn)子和定子線圈分別設(shè)于電池外殼內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻腔或膨脹腔 內(nèi)，在轉(zhuǎn)子與其腔壁的相接處分別設(shè)有氣口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述熱氣機(jī)單元中，三 組相連接的回?zé)崞骱屠渌畵Q熱器繞機(jī)械功輸出軸的軸線均勻分布。
4 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述熱氣機(jī)單元中，各 水冷換熱器分別置于汽車的冷卻箱內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述飛輪電池單元中， 軸承為磁懸浮高速軸承，飛輪轉(zhuǎn)子為飛輪_永磁體一體化的結(jié)構(gòu)，其中永磁體為耐高溫的 高性能燒結(jié)釹鐵硼，永磁體的工作溫度< 180°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述飛輪電池單元中， 轉(zhuǎn)動(dòng)軸上還設(shè)有用于檢測(cè)飛輪轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)位置的位置傳感器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，包括相連接的熱氣機(jī)單元和飛輪電池單元，熱氣機(jī)單元中冷卻腔和膨脹腔分別設(shè)于機(jī)械功輸出軸的兩端，冷卻腔和膨脹腔內(nèi)部分別通過轉(zhuǎn)子將冷卻腔和膨脹腔各分成3個(gè)獨(dú)立的氣腔，冷卻腔和膨脹腔中相應(yīng)的兩個(gè)氣腔之間通過水冷換熱器和回?zé)崞飨噙B接，加熱氣管與膨脹腔連接；飛輪電池單元中轉(zhuǎn)動(dòng)軸與機(jī)械功輸出軸連接，轉(zhuǎn)動(dòng)軸兩端分別設(shè)置軸承，定子線圈設(shè)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸中部，定子線圈兩側(cè)分別設(shè)有帶永磁體飛輪轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)動(dòng)軸、軸承、飛輪轉(zhuǎn)子和定子線圈分別設(shè)于電池外殼內(nèi)。本發(fā)明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，在大范圍提高汽車熱效率、使汽車達(dá)到節(jié)能減排目的的同時(shí)，也減少了大量廢氣的排放。
文檔編號(hào)H02K7/02GK101892924SQ20101023037
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者劉粲, 牛高產(chǎn), 謝小鵬, 賈尚雨 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)