CN108518263B - 一种汽车尾气能量回收的涡扇发电设备 - Google Patents
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Abstract
一种汽车尾气能量回收的涡扇发电设备，安装于汽车排气管中段位置；通过传动轴转动，带动风扇转动，使尾气经排气管前段进入集气腔内，并经气体加速管进入排气腔后，由排气管后段排出；上述过程中，经集气腔内风扇压缩尾气后，经气体加速管加速将尾气热能转换为动能，随后冲击排气腔内涡轮后排出；所述涡轮的转动会带动传动轴转动，进而由传动轴带动风扇转动；传动轴的转动可带动线圈切割磁感线发电，为电池充电。当集气腔内气压达到设定值时，控制电池停止向电机供电，此时传动轴的转动完全由涡轮带动。本发明既可以降低气缸出口压力进而降低气缸内残留的废气，提高燃烧效率；又可以利用集气腔形成一个相对稳定的压力环境解决气源的脉冲问题。
Description
技术领域
本发明涉及机械设计领域和空气动力学领域，具体来说，是一种汽车尾气能量回收的涡扇发电设备，适用于所有燃油汽车(包括小轿车、货车、特种车辆等)。
背景技术
现代社会，汽车已经成为人们生活中必不可少的交通工具。目前汽车的燃料主要为化石类燃料，如石油、天然气等，都是储量有限且不可再生的资源，随着社会经济的发展和汽车保有量的急剧增加，石油能源危机日益突出，汽车节能问题受到各个国家的重视，然而当前的汽车对燃料的能量利用率却很低，以汽油和柴油为燃料的汽车发动机燃烧产生的热量仅有30％～40％被转换成有用功输出，剩下的60％～70％，一少部分被冷却水带走散失掉，大部分被排放的废气带走，使得排气温度高达700～900℃，这不仅是对能源的一种巨大浪费，同时也会因化石燃料的大量使用而加剧空气污染和温室效应。
因此，设计一种尾气能量回收的设备是很有必要的，通过回收尾气能量减少燃油的消耗量，不仅可以为用户降低开车成本，而且可以减少温室气体和污染物的排放。然而目前已有的一些尾气发电技术存在两个致命缺陷，一是增加了排气管内的压力而阻碍了气缸内的废气排放，导致燃烧效率降低，产生了更多的污染物；二是无法有效解决排气的脉冲问题，因此目前市场上还没有利用尾气发电的设备出现。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种汽车尾气能量回收的涡扇发电设备，可对汽车尾气热量有效回收利用。
本发明汽车尾气能量回收的涡扇发电设备，安装于汽车排气管中段位置，包括集气腔、排气腔、气体加速管、传动轴、风扇、线圈、永磁体、涡轮、电机与电池。
电机由电池供电，驱动传动轴转动，带动风扇转动，使汽车尾气经排气管前段进入集气腔内，并经气体加速管进入排气腔后，由排气管后段排出。上述过程中，经集气腔内风扇压缩尾气后，经气体加速管加速将尾气热能转换为动能，随后冲击排气腔内涡轮后排出。所述涡轮的转动可带动传动轴转动，进而由传动轴带动风扇转动；传动轴的转动可带动线圈切割磁感线发电，为电池充电。当集气腔内气压达到设定值时，控制电池停止向电机供电，此时传动轴的转动完全由涡轮带动。
上述集气腔外壳上安装有压强传感器，压强传感器由电池供电，用于测量集气腔内气压。压强传感器由电池供电，采集信号供给电池中的智能控制单元，由智能控制单元根据条件实现电池供电电流的通断。
本发明的优点在于：
1、本发明汽车尾气能量回收的涡扇发电设备，可有效降低气缸排气出口处的气压，有利于气缸内废气的排出，进而提高燃油的燃烧效率；
2、本发明汽车尾气能量回收的涡扇发电设备，可有效避免气缸脉冲式工作导致的气源不稳定现象，使涡轮工作在相对稳定的气压环境；
3、本发明汽车尾气能量回收的涡扇发电设备，可有效将废气的热能转化为动能，提高废气能量利用率。
附图说明
图1为本发明汽车尾气能量回收的涡扇发电设备结构示意图。
图中：
1-集气腔 2-排气腔 3-气体加速管
4-传动轴 5-风扇 6-线圈
7-永磁体 8-涡轮 9-电机
10-电池 11-排气管前段 12-排气管后段
13-环形支撑壁 14-轴承 15-转子安装模块
16-压强传感器
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明汽车尾气能量回收的涡扇发电设备，安装于汽车排气管中段位置处，可将排气管中段截去后由本发明设备替换即可。本发明汽车尾气能量回收的涡扇发电设备，包括集气腔1、排气腔2、气体加速管3、传动轴4、风扇5、线圈6、永磁体7、涡轮8、电机9与电池10。
所述集气腔1为卧式圆筒状结构，前端中心设计有连接法兰，通过连接法兰同轴安装于排气管前段11末端，与排气管前段11连通。排气管前段保留长度尽量短，在0.5米内为宜，具体长度根据具体车型设计，由此使集气腔1靠近发动机气缸出口，减少尾气能量的耗散。
所述气体加速管3安装于集气腔1后端。气体加速管3为具有收敛段与扩张段的拉瓦尔喷管，收敛段端部与集气腔1同轴固连，扩张段端部同轴固连圆筒状排气腔2。排气腔2后侧壁中心位置同轴安装排气管后段12，与排气管后段12连通。
所述传动轴4与气体加速管3同轴设置，传动轴4前段穿过集气腔1后端面中心，位于集气腔1内；且通过密封件实现传动轴4与集气腔1间的密封。传动轴4后段穿过排气腔2前端面中心，位于排气腔2内；且通过密封件实现传动轴4与排气腔2间的密封。传动轴4中段设置于气体加速管3内同轴设置的一个环形支撑壁13内。该环形支撑壁13前端与集气腔1后端面固连，后端与排气腔2前端面固连；且传动轴4中段的前后位置与环形支撑壁13间通过轴承14相连。由此，由环形支撑壁13实现对传动轴4的支撑，且通过轴承14使传动轴4可转动。上述环形支撑壁13与气体加速管3间形成气体加速通道，集气腔1与气体加速通道间通过集气腔1后侧壁上开设的通气孔连通；排气腔2与气体加速通道间通过排气腔2前侧壁上开设的通气孔连通。
所述涡轮8位于排气腔2内，同轴固定于传动轴4后端。风扇5位于于集气腔1内，该风扇5包括静子501和转子502两部分。其中，静子501由多个静子叶片构成，静子叶片设计为平板状结构，沿集气腔1轴向分层设置于集气腔1前部，每层上的静子叶片周向等间隔安装在集气腔1内壁面上。转子502由多个转子叶片构成，转子叶片设计为仿螺旋桨叶片结构，沿集气腔1轴向分层设置于柱状转子安装模块15上，每层上的转子叶片周向等间隔安装在转子安装模块15外壁面上；该转子安装模块15同轴固定于传动轴4前端端部，使转子502与静子501间配合。
所述线圈6缠绕于线圈6骨架上，线圈6骨架固定安装于传动轴4中段中心位置。永磁体7位于线圈6外侧，其N极和S级相对设置，固定安装于环形支撑壁13内壁面上，构成磁场。由此通过线圈6上两条垂直于磁感线的边，切割磁感线产生电力。上述线圈6通过导线与电池10连接，将产生的电储存到电池10中。
所述电机9安装于环形支撑壁13内壁面上，由电池10供电。电机9的内部齿轮与传动轴4固定，由此通过电机9内部齿轮的转动，可带传动轴4转动。
本发明中集气腔1外壳后部侧壁上还安装有压强传感器16，用于测量集气腔1内气压；该压强传感器16由电池10供电，采集信号供给电池10中的智能控制单元，由智能控制单元根据条件实现电池10供电电流的通断。
通过上述结构，构成本发明汽车尾气能量回收的涡扇发电设备，可利用尾气能量进行发电。具体方法如下：汽车起步时，电池10给电机9供电，电机9通过齿轮带动传动轴4转动，进而带动风扇5的转子502转动，转子502像螺旋桨一样旋转，在旋转的过程中将对集气腔1内尾气进行压缩，即对尾气加功，增大气流总压和总温，提高尾气的做功能力，使排气管前段11内形成低压区，集气腔1后端形成高压区；此过程中静子501将由转子作用而产生旋转的气流导引回轴向，以正确的角度进入下一层转子，减小气流绝对速度。压缩后的尾气通过集气腔1上的通气孔进入气体加速管3，使尾气变成超声速气流，将尾气热能转换为动能，再经排气腔2上的通气孔进入排气腔2内，冲击涡轮8，由涡轮8带动传动轴4转动，进而带动线圈6和风扇5的转子转动；经过涡轮8的废气由排气管后段12排出到大气。上述过程中，由集气腔1上的压强传感器实时采集集气腔1后端气压，随着集气腔1内气压的升高，当气压达到设定值时，由智能控制单元切断电池10，使电池10不再给电机9供电，此时传动轴4的转动全靠气体驱动涡轮8带动。当传动轴4带动线圈6转动时，切割磁感线发电，即可为电池10充电。电池10除为电机9与压强传感器16供电外，还可驱动汽车动力，空调等工作。
Claims (9)
1.一种汽车尾气能量回收的涡扇发电设备，其特征在于：安装于汽车排气管中段位置；包括集气腔、排气腔、气体加速管、传动轴、风扇、线圈、永磁体、涡轮、电机与电池；
所述集气腔同轴安装于排气管前段末端，与排气管前段连通；气体加速管安装于集气腔后端；排气腔后侧壁中心位置同轴安装排气管后段，与排气管后段连通；传动轴与气体加速管同轴设置，传动轴前段位于集气腔内；传动轴后段位于排气腔内；传动轴中段设置于气体加速管内同轴设置的一个环形支撑壁内；环形支撑壁前端与集气腔后端面固连，后端与排气腔前端面固连；且传动轴中段的前后位置与环形支撑壁间通过轴承相连；环形支撑壁与气体加速管间形成气体加速通道，集气腔与气体加速通道间通过集气腔后侧壁上开设的通气孔连通；排气腔与气体加速通道间通过排气腔前侧壁上开设的通气孔连通；
所述涡轮位于排气腔内，同轴固定于传动轴后端；风扇位于集气腔内；线圈缠绕于线圈骨架上，线圈骨架固定安装于传动轴中段中心位置；永磁体位于线圈外侧，固定安装于环形支撑壁内壁面上，构成磁场；
上述线圈通过导线与电池连接，将产生的电储存到电池中；
所述电机安装于环形支撑壁内壁面上，由电池供电；电机的内部齿轮与传动轴固定；
通过传动轴转动，带动风扇转动，使尾气经排气管前段进入集气腔内，并经气体加速管进入排气腔后，由排气管后段排出；经集气腔内风扇压缩尾气后，经气体加速管加速将尾气热能转换为动能，随后冲击排气腔内涡轮后排出；所述涡轮的转动会带动传动轴转动，进而由传动轴带动风扇转动；传动轴的转动可带动线圈切割磁感线发电，为电池充电。
2.如权利要求1所述一种汽车尾气能量回收的涡扇发电设备，其特征在于：风扇包括相互配合的静子和转子。
3.如权利要求2所述一种汽车尾气能量回收的涡扇发电设备，其特征在于：静子由静子叶片构成；静子叶片沿集气腔轴向分层设置于集气腔前部，每层上的静子叶片周向等间隔安装在集气腔内壁面上；转子由转子叶片构成，沿集气腔轴向分层设置于柱状转子安装模块上，每层上的转子叶片周向等间隔安装在转子安装模块外壁面上；转子安装模块同轴固定于传动轴前端端部。
4.如权利要求3所述一种汽车尾气能量回收的涡扇发电设备，其特征在于：静子为平板状结构；转子叶片为仿螺旋桨叶片结构。
5.如权利要求1所述一种汽车尾气能量回收的涡扇发电设备，其特征在于：气体加速管为具有收敛段与扩张段的拉瓦尔喷管。
6.如权利要求1所述一种汽车尾气能量回收的涡扇发电设备，其特征在于：所述线圈安装于传动轴上，通过导线与电池连接；线圈外侧设置有永磁体，永磁体的N极和S级相对设置。
7.如权利要求1所述一种汽车尾气能量回收的涡扇发电设备，其特征在于：集气腔外壳上安装有压强传感器，压强传感器由电池供电，用于测量集气腔内气压。
8.如权利要求1所述一种汽车尾气能量回收的涡扇发电设备，其特征在于：压强传感器采集信号供给电池中的智能控制单元，由智能控制单元根据条件实现电池供电电流的通断。
9.如权利要求1所述一种汽车尾气能量回收的涡扇发电设备，其特征在于：传动轴由电机驱动转动，电机由电池供电，当集气腔内气压达到设定值时，控制电池停止向电机供电，此时传动轴的转动由涡轮带动。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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