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(shù)汽車發(fā)動機的熱效率很低(20% -30% )，而發(fā)動機產(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，這些熱效率較低的汽車與構(gòu)建節(jié)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 帶來可觀的經(jīng)濟效益和良好的社會效益，并有效緩解日益嚴重的能源與環(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行發(fā)電，有效回收汽車尾氣中的熱量，也減少汽車尾氣 對空氣的污染。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(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(shè)于機械功輸出軸的兩端，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(nèi)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(zhuǎn)動軸、軸承、飛輪轉(zhuǎn)子、定子線圈和電池外殼，轉(zhuǎn)動軸與機械功輸出軸 連接，轉(zhuǎn)動軸兩端分別設(shè)置軸承，定子線圈設(shè)于轉(zhuǎn)動軸中部，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)流動完成熱力學循環(huán)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(nèi)一個獨立的氣腔，也就 是說，熱氣機單元中實質(zhì)上有三個獨立的系統(tǒng)；其中，各回熱器相當于一個儲能器，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)動軸上還設(shè)有用于檢測飛輪轉(zhuǎn)子運動位置的位置傳感 器，傳感器實時監(jiān)測飛輪轉(zhuǎn)子在運動過程中的位置后，將其位置信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后通 過其外接的控制系統(tǒng)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。本發(fā)明的汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)使用時，其能量轉(zhuǎn)化過程為熱能一機械 能一電能；具體為熱氣機單元內(nèi)，汽車尾氣通過加熱氣管對膨脹腔進行加熱，使膨脹腔 內(nèi)得到高溫高壓氣體，高溫高壓氣體膨脹進入回熱器，經(jīng)回熱器進行熱量儲存后，進入水冷 換熱器進行冷卻，最后進入冷卻腔進行壓縮，該過程中氣體驅(qū)動膨脹腔和冷卻腔內(nèi)的轉(zhuǎn)子 運動，從而帶動機械功輸出軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)熱能和機械能的轉(zhuǎn)化；飛輪電池單元內(nèi)，機械功輸 出軸的轉(zhuǎn)動驅(qū)動轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動，帶動飛輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，通過飛輪轉(zhuǎn)子上永磁體與定子線圈的電 磁感應進行發(fā)電，實現(xiàn)機械能和電能之間的轉(zhuǎn)化。該系統(tǒng)中，當汽車無尾氣排出時，冷卻腔 內(nèi)氣體通過冷水換熱器和回熱器回流至膨脹腔，氣體經(jīng)過回熱器時吸收熱量，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、使汽車達到節(jié)能減排目的的同時，也減少了大量 廢氣的排放，對構(gòu)建節(jié)能社會有積極的推動作用，若大范圍推廣，能有效緩解氣候的溫室效 應，有利于人類低碳生活的推進。本發(fā)明的汽車尾氣余熱發(fā)電系統(tǒng)通過熱氣機單元和飛輪電池單元實現(xiàn)“熱能一 機械能——電能”的轉(zhuǎn)化，其結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間小，熱氣機單元將汽車尾氣中的熱能轉(zhuǎn)化 為機械能并在飛輪中儲存起來，飛輪電池單元利用儲存在飛輪中的機械能發(fā)電并將電能儲 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。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不 限于此。本實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單元和飛輪電池單 元，其中，熱氣機單元的結(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(shè)于機械功輸出 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(nèi)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(jié)構(gòu)如圖2所示，包括轉(zhuǎn)動軸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)動軸2-1與機械功輸出軸1-7連接，轉(zhuǎn)動軸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)流動完成熱力學循環(huán)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(nèi)一個獨立的氣腔，也就是說，熱氣機單元中實質(zhì)上有三個獨立的系統(tǒng)；其中，各回熱 器1-3相當于一個儲能器，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)動軸2-1上還設(shè)有用于檢測飛輪轉(zhuǎn)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(jiān)測飛輪轉(zhuǎn)子2-3在運動過程中的位置后，將 其位置信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后通過其外接的控制系統(tǒng)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余熱發(fā)電系統(tǒng)使用時，其能量轉(zhuǎn)化過程為熱能——機械 能——電能；具體為熱氣機單元內(nèi)，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(nèi)得到高溫高壓氣體，高溫高壓氣體膨脹進入回熱器1-3，經(jīng)回熱器1-3進行熱 量儲存后，進入水冷換熱器1-4進行冷卻，最后進入冷卻腔1-1進行壓縮，該過程中氣體驅(qū) 動膨脹腔1-2和冷卻腔1-1內(nèi)的轉(zhuǎn)子1-8運動，從而帶動機械功輸出軸1-7轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)熱能 和機械能的轉(zhuǎn)化；飛輪電池單元內(nèi)，機械功輸出軸1-7的轉(zhuǎn)動驅(qū)動轉(zhuǎn)動軸2-1轉(zhuǎn)動，帶動飛 輪轉(zhuǎn)子2-3轉(zhuǎn)動，通過飛輪轉(zhuǎn)子2-3上永磁體與定子線圈2-4的電磁感應進行發(fā)電，實現(xiàn)機 械能和電能之間的轉(zhuǎn)化。該系統(tǒng)中，當汽車無尾氣排出時，冷卻腔1-1內(nèi)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(jīng)過回熱器1-3時吸收熱量，使系統(tǒng)內(nèi)保持氣壓平 如上所述，便可較好地實現(xiàn)本發(fā)明，上述實施例僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用 來限定本發(fā)明的實施范圍；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(shè)于機械功輸出軸的兩端，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(nèi)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(zhuǎn)動軸、軸承、飛輪轉(zhuǎn)子、定子線圈和電池外殼，轉(zhuǎn)動軸與機械功輸出軸連接，轉(zhuǎn)動軸兩端分別設(shè)置軸承，定子線圈設(shè)于轉(zhuǎn)動軸中部，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(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)動軸上還設(shè)有用于檢測飛輪轉(zhuǎn)子運動位置的位置傳感器。
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(shè)于機械功輸出軸的兩端，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(zhuǎn)動軸與機械功輸出軸連接，轉(zhuǎn)動軸兩端分別設(shè)置軸承，定子線圈設(shè)于轉(zhuǎn)動軸中部，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、使汽車達到節(jié)能減排目的的同時，也減少了大量廢氣的排放。
文檔編號H02K7/02GK101892924SQ20101023037
公開日2010年11月24日 申請日期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 申請人:華南理工大學