CN105391347A - 一种汽车余热发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车余热发电装置，包括发动机余热利用子系统、变速箱余热利用子系统、排气余热利用子系统、直流母线、DC/DC变换器、车用负载、切换开关、车载蓄电池、控制器。将分体式热管的蒸发段安装在发动机、变速箱、排气发热部位，温差发电片安装在冷凝段的两面。基于热管技术和温差发电技术将汽车发动机、变速箱、排气产生的余热进行发电，给车用负载供电和车载蓄电池充电。

Description

一种汽车余热发电装置
技术领域
本发明涉及一种汽车余热发电装置，利用热管原理，将汽车发动机、变速箱、排气产生的热能转化为电能，给车载蓄电池充电或者给车用负载供电，属于汽车设备技术领域。
背景技术
随着我国经济的发展，汽车在我们日常生活中越来越重要。汽车给我们的生活带来了便利，同时汽车排放的尾气也污染了我们赖以生存的环境。汽车在行驶过程中，发动机缸内燃烧、变速箱的转动摩擦、排气系统都会产生许多热量。
目前，还没有公开技术能实现讲这些余热进行有效利用。本发明利用热管技术的高效传热特性，并结合温差发电技术，实现将汽车产生的余热进行发电，给车用负载提供电源，也可为车载蓄电池进行充电。一方面，降低了车辆关键部件的降温，特别是发动机、变速箱等关键部件，这些关键部件温度过高，很容易产生故障。另一方面，将这些余热进行发电，给车辆提供电力，间接实现节能减排。
发明内容
发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明一种汽车余热发电装置的目的是降低发动机、变速箱、排气系统的温度，利用温差发电片将这些余热转换为电能，给车载蓄电池充电或者给车用负载供电。
技术方案：一种汽车余热发电装置，包括发动机余热利用子系统（1）、变速箱余热利用子系统（2）、排气余热利用子系统（3）、直流母线（4）、DC/DC变换器（5）、车用负载（6）、切换开关（7）、车载蓄电池（8）、控制器（9）。
其中：发动机余热利用子系统（1）由发动机温差发电片（1-1）、发动机冷凝段联箱（1-2）、发动机冷凝段与蒸发段连接管（1-3）、发动机蒸发段联箱（1-4）；
发动机蒸发段联箱（1-4）利用导热胶粘贴在发动机发热部位，发动机温差发电片（1-1）安装在发动机冷凝段联箱（1-2）的两面，发动机蒸发段联箱（1-4）与发动机冷凝段联箱（1-2）利用发动机冷凝段与蒸发段连接管（1-3）连接，形成循环回路。
变速箱余热利用子系统（2）由变速箱温差发电片（2-1）、变速箱冷凝段联箱（2-2）、变速箱冷凝段与蒸发段连接管（2-3）、变速箱蒸发段联箱（2-4）；
变速箱蒸发段联箱（2-4）利用导热胶粘贴在变速箱发热部位，变速箱温差发电片（2-1）安装在变速箱冷凝段联箱（2-2）的两面，变速箱蒸发段联箱（2-4）与变速箱冷凝段联箱（2-2）利用变速箱冷凝段与蒸发段连接管（2-3））连接，形成循环回路。
排气余热利用子系统（3）由排气温差发电片（3-1）、排气冷凝段联箱（3-2）、排气冷凝段与蒸发段连接管（3-3）、排气蒸发段联箱（3-4）；
排气蒸发段联箱（3-4）利用导热胶粘贴在排气发热部位，排气温差发电片（3-1）安装在排气冷凝段联箱（3-2）的两面，排气蒸发段联箱（3-4）与排气冷凝段联箱（3-2）利用排气冷凝段与蒸发段连接管（3-3）连接，形成循环回路。
发动机余热利用子系统（1）、变速箱余热利用子系统（2）、排气余热利用子系统（3）的电能输出与直流母线（4）输入连接，直流母线（4）的输出与DC/DC变换器（5）的输入连接，DC/DC变换器（5）的输出与切换开关（7）的输入连接，切换开关（7）的输出分两路，切换开关（7）输出一与车用负载（6）的输入连接，切换开关（7）输出二与车载蓄电池（8）的输入连接，控制器（9）控制切换开关（7）的工作状态。
所述发动机余热利用子系统（1）、变速箱余热利用子系统（2）、排气余热利用子系统（3）余热利用方案采用分体式热管，发动机蒸发段联箱（1-4）、变速箱蒸发段联箱（2-4）、排气蒸发段联箱（3-4）分别安装在发动机、变速箱、排气的发热部位，发动机蒸发段联箱（1-4）、变速箱蒸发段联箱（2-4）、排气蒸发段联箱（3-4）为联箱结构；发动机冷凝段联箱（1-2）、变速箱冷凝段联箱（2-2）、排气冷凝段联箱（3-2）也为联箱结构，并且发动机蒸发段联箱（1-4）与发动机冷凝段联箱（1-2）利用发动机冷凝段与蒸发段连接管（1-3）连接，发动机冷凝段与蒸发段连接管（1-3）可以在发动机及周边空间任意布局；变速箱冷凝段与蒸发段连接管（2-3）可以在变速箱周边任意布局，排气冷凝段与蒸发段连接管（3-3）可以在排气周边任意布局。
所述发动机冷凝段联箱（1-2）、发动机蒸发段联箱（1-4）、变速箱冷凝段联箱（2-2）、变速箱蒸发段联箱（2-4）、排气冷凝段联箱（3-2）、排气蒸发段联箱（3-4）均为扁平结构。
所述控制器（9）发动机余热利用子系统（1）、变速箱余热利用子系统（2）、排气余热利用子系统（3）的电能输出首先给车载蓄电池（8）充电，当车载蓄电池（8）充满时，输出的电能直接给车用负载（6）供电。
所述发动机温差发电片（1-1）、变速箱温差发电片（2-1）、排气温差发电片（3-1）分别安装在发动机冷凝段联箱（1-2）、变速箱冷凝段联箱（2-2）、排气冷凝段联箱（3-2）的两面。
所述直流母线（4）用于收集发动机余热利用子系统（1）、变速箱余热利用子系统（2）、排气余热利用子系统（3）产生的电能，并传送至DC/DC变换器（5）的输入端。
所述DC/DC变换器（5）将得到的电能变换为复合车用负载（6）或者车载蓄电池（8）所要求的直流电能。
所述车用负载（6）是车载收音机、雨刷器、照明等。
所述切换开关（7）由组合开关构成，用于切换电能给载蓄电池（8）充电和车用负载（6）用电工况。
所述车载蓄电池（8）由铅酸蓄电池或者免维护蓄电池。
所述控制器（9）由单片机构成，用于输出指令，控制切换开关（7）的动作。
工作原理：当车辆启动时。发动机、变速箱、排气都会产生热量，将热管的蒸发段安装在这些发热部位，有效利用这些余热。本发明采用模块化设计，发动机热管蒸发段采用联箱，能够保障所有的蒸发段都有工质，冷凝段采用联箱设计，有利于集中利用热源，中间采用连接管设计，一方面有利于车内狭小空间的布局，另一方面保障冷凝后的工质返回蒸发段。温差发电片安装在冷凝段的两面，每块温差发电片都一面粘贴在热源上，另一面露在空气中，产生温差，进而可以实现发电。将这些微小的电能收集到直流母线上，再经过DC/DC变换器变换电能，直接给车载负载供电或者给车载蓄电池充电，实现了车辆余热发电。
有益效果：本发明具有以下优点。
（1）本发明采用热管技术将发动机、变速箱、排气的热量迅速传递给温差发电片，实现温差发电。
（2）本发明采用分体式热管技术，蒸发段与冷凝段分离，中间使用连接管连接，方便布局。
（3）本发明采用子模块设计，即发动机余热利用子系统、变速箱余热利用子系统、排气余热利用子系统，各位独立的子系统，便于维护。
附图说明。
图1为本发明结构示意图；
图中：1是发动机余热利用子系统、2是变速箱余热利用子系统、3是排气余热利用子系统、4是直流母线、5是DC/DC变换器、6是车用负载、7是切换开关、8是车载蓄电池、9是控制器。
图2为本发明的发动机余热利用子系统正视图；
图中：1是发动机余热利用子系统、1-1是发动机温差发电片、1-2是发动机冷凝段联箱、1-3是发动机冷凝段与蒸发段连接管、1-4是发动机蒸发段联箱。
图3为发明的发动机余热利用子系统左视图；
图：1-1是发动机温差发电片、1-2是发动机冷凝段联箱、1-3是发动机冷凝段与蒸发段连接管、1-4是发动机蒸发段联箱。
图4为本发明的变速箱余热利用子系统正视图；
图中：2-1是变速箱温差发电片、2-2是变速箱冷凝段联箱、2-3是变速箱冷凝段与蒸发段连接管、2-4是变速箱蒸发段联箱。
图5为本发明的排气余热利用子系统正视图。
图中：3-1是排气温差发电片、3-2是排气冷凝段联箱、3-3是排气冷凝段与蒸发段连接管、3-4是排气蒸发段联箱。
具体实施方式：结合附图1至附图5，进一步对本发明解释。
一种汽车余热发电装置，包括发动机余热利用子系统（1）、变速箱余热利用子系统（2）、排气余热利用子系统（3）、直流母线（4）、DC/DC变换器（5）、车用负载（6）、切换开关（7）、车载蓄电池（8）、控制器（9）。
其中：发动机余热利用子系统（1）由发动机温差发电片（1-1）、发动机冷凝段联箱（1-2）、发动机冷凝段与蒸发段连接管（1-3）、发动机蒸发段联箱（1-4）；
发动机蒸发段联箱（1-4）利用导热胶粘贴在发动机发热部位，发动机温差发电片（1-1）安装在发动机冷凝段联箱（1-2）的两面，发动机蒸发段联箱（1-4）与发动机冷凝段联箱（1-2）利用发动机冷凝段与蒸发段连接管（1-3）连接，形成循环回路。
变速箱余热利用子系统（2）由变速箱温差发电片（2-1）、变速箱冷凝段联箱（2-2）、变速箱冷凝段与蒸发段连接管（2-3）、变速箱蒸发段联箱（2-4）；
变速箱蒸发段联箱（2-4）利用导热胶粘贴在变速箱发热部位，变速箱温差发电片（2-1）安装在变速箱冷凝段联箱（2-2）的两面，变速箱蒸发段联箱（2-4）与变速箱冷凝段联箱（2-2）利用变速箱冷凝段与蒸发段连接管（2-3））连接，形成循环回路。
排气余热利用子系统（3）由排气温差发电片（3-1）、排气冷凝段联箱（3-2）、排气冷凝段与蒸发段连接管（3-3）、排气蒸发段联箱（3-4）；
排气蒸发段联箱（3-4）利用导热胶粘贴在排气发热部位，排气温差发电片（3-1）安装在排气冷凝段联箱（3-2）的两面，排气蒸发段联箱（3-4）与排气冷凝段联箱（3-2）利用排气冷凝段与蒸发段连接管（3-3）连接，形成循环回路。
发动机余热利用子系统（1）、变速箱余热利用子系统（2）、排气余热利用子系统（3）的电能输出与直流母线（4）输入连接，直流母线（4）的输出与DC/DC变换器（5）的输入连接，DC/DC变换器（5）的输出与切换开关（7）的输入连接，切换开关（7）的输出分两路，切换开关（7）输出一与车用负载（6）的输入连接，切换开关（7）输出二与车载蓄电池（8）的输入连接，控制器（9）控制切换开关（7）的工作状态。
所述发动机余热利用子系统（1）、变速箱余热利用子系统（2）、排气余热利用子系统（3）余热利用方案采用分体式热管，发动机蒸发段联箱（1-4）、变速箱蒸发段联箱（2-4）、排气蒸发段联箱（3-4）分别安装在发动机、变速箱、排气的发热部位，发动机蒸发段联箱（1-4）、变速箱蒸发段联箱（2-4）、排气蒸发段联箱（3-4）为联箱结构；发动机冷凝段联箱（1-2）、变速箱冷凝段联箱（2-2）、排气冷凝段联箱（3-2）也为联箱结构，并且发动机蒸发段联箱（1-4）与发动机冷凝段联箱（1-2）利用发动机冷凝段与蒸发段连接管（1-3）连接，发动机冷凝段与蒸发段连接管（1-3）可以在发动机及周边空间任意布局；变速箱冷凝段与蒸发段连接管（2-3）可以在变速箱周边任意布局，排气冷凝段与蒸发段连接管（3-3）可以在排气周边任意布局。
所述发动机冷凝段联箱（1-2）、发动机蒸发段联箱（1-4）、变速箱冷凝段联箱（2-2）、变速箱蒸发段联箱（2-4）、排气冷凝段联箱（3-2）、排气蒸发段联箱（3-4）均为扁平结构。
所述控制器（9）发动机余热利用子系统（1）、变速箱余热利用子系统（2）、排气余热利用子系统（3）的电能输出首先给车载蓄电池（8）充电，当车载蓄电池（8）充满时，输出的电能直接给车用负载（6）供电。
所述发动机温差发电片（1-1）、变速箱温差发电片（2-1）、排气温差发电片（3-1）分别安装在发动机冷凝段联箱（1-2）、变速箱冷凝段联箱（2-2）、排气冷凝段联箱（3-2）的两面。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (5)

1.一种汽车余热发电装置，包括发动机余热利用子系统（1）、变速箱余热利用子系统（2）、排气余热利用子系统（3）、直流母线（4）、DC/DC变换器（5）、车用负载（6）、切换开关（7）、车载蓄电池（8）、控制器（9）；
其中：发动机余热利用子系统（1）由发动机温差发电片（1-1）、发动机冷凝段联箱（1-2）、发动机冷凝段与蒸发段连接管（1-3）、发动机蒸发段联箱（1-4）；
发动机蒸发段联箱（1-4）利用导热胶粘贴在发动机发热部位，发动机温差发电片（1-1）安装在发动机冷凝段联箱（1-2）的两面，发动机蒸发段联箱（1-4）与发动机冷凝段联箱（1-2）利用发动机冷凝段与蒸发段连接管（1-3）连接，形成循环回路；
变速箱余热利用子系统（2）由变速箱温差发电片（2-1）、变速箱冷凝段联箱（2-2）、变速箱冷凝段与蒸发段连接管（2-3）、变速箱蒸发段联箱（2-4）；
变速箱蒸发段联箱（2-4）利用导热胶粘贴在变速箱发热部位，变速箱温差发电片（2-1）安装在变速箱冷凝段联箱（2-2）的两面，变速箱蒸发段联箱（2-4）与变速箱冷凝段联箱（2-2）利用变速箱冷凝段与蒸发段连接管（2-3））连接，形成循环回路；
排气余热利用子系统（3）由排气温差发电片（3-1）、排气冷凝段联箱（3-2）、排气冷凝段与蒸发段连接管（3-3）、排气蒸发段联箱（3-4）；
排气蒸发段联箱（3-4）利用导热胶粘贴在排气发热部位，排气温差发电片（3-1）安装在排气冷凝段联箱（3-2）的两面，排气蒸发段联箱（3-4）与排气冷凝段联箱（3-2）利用排气冷凝段与蒸发段连接管（3-3）连接，形成循环回路；
发动机余热利用子系统（1）、变速箱余热利用子系统（2）、排气余热利用子系统（3）的电能输出与直流母线（4）输入连接，直流母线（4）的输出与DC/DC变换器（5）的输入连接，DC/DC变换器（5）的输出与切换开关（7）的输入连接，切换开关（7）的输出分两路，切换开关（7）输出一与车用负载（6）的输入连接，切换开关（7）输出二与车载蓄电池（8）的输入连接，控制器（9）控制切换开关（7）的工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种汽车余热发电装置，其特征在于发动机余热利用子系统（1）、变速箱余热利用子系统（2）、排气余热利用子系统（3）余热利用方案采用分体式热管，发动机蒸发段联箱（1-4）、变速箱蒸发段联箱（2-4）、排气蒸发段联箱（3-4）分别安装在发动机、变速箱、排气的发热部位，发动机蒸发段联箱（1-4）、变速箱蒸发段联箱（2-4）、排气蒸发段联箱（3-4）为联箱结构；发动机冷凝段联箱（1-2）、变速箱冷凝段联箱（2-2）、排气冷凝段联箱（3-2）也为联箱结构，并且发动机蒸发段联箱（1-4）与发动机冷凝段联箱（1-2）利用发动机冷凝段与蒸发段连接管（1-3）连接，发动机冷凝段与蒸发段连接管（1-3）可以在发动机及周边空间任意布局；变速箱冷凝段与蒸发段连接管（2-3）可以在变速箱周边任意布局，排气冷凝段与蒸发段连接管（3-3）可以在排气周边任意布局。
3.根据权利要求1所述的一种汽车余热发电装置，其特征在于发动机冷凝段联箱（1-2）、发动机蒸发段联箱（1-4）、变速箱冷凝段联箱（2-2）、变速箱蒸发段联箱（2-4）、排气冷凝段联箱（3-2）、排气蒸发段联箱（3-4）均为扁平结构。
4.根据权利要求1所述的一种汽车余热发电装置，其特征在于控制器（9）发动机余热利用子系统（1）、变速箱余热利用子系统（2）、排气余热利用子系统（3）的电能输出首先给车载蓄电池（8）充电，当车载蓄电池（8）充满时，输出的电能直接给车用负载（6）供电。
5.根据权利要求1所述的一种汽车余热发电装置，其特征在于发动机温差发电片（1-1）、变速箱温差发电片（2-1）、排气温差发电片（3-1）分别安装在发动机冷凝段联箱（1-2）、变速箱冷凝段联箱（2-2）、排气冷凝段联箱（3-2）的两面。
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