CN108533374A - 一种具有污染物净化功能的汽车尾气余热余能回收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有污染物净化功能的汽车尾气余热余能回收装置，所述外壳体的两端分别设有进气口和出气口，所述外壳体内部中心设有叶片，所述外壳体的内壁内部设有内壳体，所述外壳体内部靠近进气口的一端内壁表面设有鼓包；所述叶片的内部设有桨叶小孔；所述内壳体内部之间设有滤芯二段隔板实现阻隔，所述内壳体靠近叶片的外侧表面设有内壳气孔；所述外壳体的外部一侧靠近出气口设有发电机，所述发电机通过传动输入轴杆穿过外壳体和内壳体与齿轮传动输出轴连接，所述传动输入轴杆连接设有电磁离合器，所述齿轮传动输出轴设有联轴器；所述齿轮传动输出轴与叶片连接。本发明可达到尾气的废气热回收和尾气的污染物去除以及消除产生的噪音的有益效果。

Description

一种具有污染物净化功能的汽车尾气余热余能回收装置
技术领域
本发明属于汽车尾气净化节能和环保技术领域，特别涉及一种具有污染物净化功能的汽车尾气余热余能回收装置。
背景技术
中国已快速进入汽车社会，截至2013年底，中国汽车保有量达1.37亿辆，是2003年的5.7倍。2013年以来中国汽车年产、销量超过2000万量，2014年中国国内汽车保有量将近1.4亿。近十年汽车年均增加1100多万辆，是2003年汽车数量的5.7倍，占全部机动车比率达到54.9％，比十年前提高了29.9％，连续五年居世界第一，世界上保有量在10亿辆。
可以确定现今汽车的使用日益频繁，环境污染、能源的过渡消耗尤为加剧，车用能量如何合理高效利用已经成为节能减排、控制污染的重要的研究课题和社会问题。
汽车发动机燃油能量分配为：20％转换为机械能，作为动力；35％为尾气损失；35％冷却液和机油损失；10％为摩擦损失。按车速90km/h、每百公里10L和汽油发热量40000kj/kg计算(也就是有效功率只利用了燃料热能的1/3左右，2/3的左右通过发动机冷却液散热和高温尾气排放损失掉)，1h由尾气排出的热量高达91kj(温度高达300～400C°)，15％以上的尾气动能量没有回收。
所以若能将这部分热能(动能)加以回收储存再利用，则可以减少汽车燃料的能量损失，将其变成可用能源，减少温室气体排放和空气污染的影响，这也将成为实现变废为宝和提高汽车能量有效利用的途径。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种具有污染物净化功能的汽车尾气余热余能回收装置，可达到尾气的废气热回收和尾气的污染物去除以及消除产生的噪音的有益效果。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种具有污染物净化功能的汽车尾气余热余能回收装置，包括齿轮传动输出轴、联轴器、发电机、电磁离合器、载体、叶片、内壳体、内壳气孔、鼓包、外壳体、滤芯二段隔板、桨叶小孔、进气口和出气口，
所述外壳体的两端分别设有进气口和出气口，所述外壳体内部中心设有叶片，所述外壳体的内壁内部设有内壳体，所述外壳体内部靠近进气口的一端内壁表面设有鼓包；所述叶片的内部设有桨叶小孔；所述内壳体内部设有载体，所述内壳体内部之间设有滤芯二段隔板实现阻隔，所述内壳体靠近叶片的外侧表面设有内壳气孔；所述外壳体的外部一侧靠近出气口设有发电机，所述发电机通过传动输入轴杆穿过外壳体和内壳体与齿轮传动输出轴连接，所述传动输入轴杆连接设有电磁离合器，所述齿轮传动输出轴设有联轴器；所述齿轮传动输出轴与叶片连接。
作为优选，所述发电机导线连接至辅助蓄电池储能系统并与汽车用电设备相连，所述发电机通过橡胶吊耳固定在车架上，所述发电机同时用夹具夹紧固定在汽车排气管上，所述辅助蓄电池储能系统安装在汽车行李箱内。
作为优选，所述外壳体安装在排气管内至消声器前端直管内或变径技改的消声器管内。
作为优选，所述叶片，外壳体和内壳体由耐腐蚀材料制成，所述叶片为多功能叶片。
作为优选，所述叶片与齿轮传动输出轴传动连接，所述齿轮传动输出轴连接电磁离合器带动传动输入轴杆与发电机连接。
作为优选，所述载体为钢渣生物碳球形蜂窝螺旋复合吸附催化预制载体，所述载体由Al2O3、CaO、SiO2、Fe2O3、MnO、TiO2、Ni以及多孔生物碳混合组成，所述载体可进行更换。
作为优选，所述叶片为垂直轴低阻力型柔性螺旋形S型扭曲轴向单桨叶片，扭角为180度，中心轴与扭曲导流叶片为一体，以凹面和凸面叶面利用汽车发动机产生的废气高速气流阻力之差推动叶片高速旋转。
作为优选，所述发电机为无铁心轴向磁通永磁发电机，发电机输出的电压采用整流滤波电路设计，整流滤波电路设计电路由三相交流发电机、二极管和电容组成，工作时的发电机的三个输出端不分相序分别与二极管相连，以实现整流滤波的目的。
作为优选，所述齿轮传动输出轴为斜齿轮传动输出轴，所述联轴器为内置套管埋入式联轴器，所述鼓包为进气入口内筒壁圆周边缘导流鼓包，所述桨叶小孔为垂直轴低阻力型柔性螺旋形S型扭曲轴向单桨叶小孔。
作为优选，所述桨叶小孔为1-2排，所述桨叶小孔直径为1毫米-3毫米。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明采用能量转换与催化过滤原理对汽车尾气能量(热能)进行综合回收再利用，最终转化为电能供汽车再利用，该装置可同时实现尾气的废气热回收和尾气的污染物去除以及消除产生的噪音，并用于大中型汽车的增强辅助电源。本申请不仅结构简单设计合理、振动小，无噪音、联接安装方便、还可对汽车排气管进行降温、延长排气管的使用寿命，对排气管的余热余能进行回收再利用、提高能源的利用率、节能减排以及改善城市大气环境，提供了技术上的新思路，对解除百姓经常被雾霾困扰，斩断雾霾里污染物源头，对地球环境保护、治理PM2.5的利益更是意义重大。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的三相整流滤波电路设计电路图。
图中1-齿轮传动输出轴，2-联轴器，3-发电机，4-电磁离合器，5-载体，6-叶片，7-内壳，8-内壳气孔，9-鼓包，10-外壳体，11-滤芯二段隔板，12-桨叶小孔，13-进气口，14-出气口，15-传动输入轴杆。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
本发明的实施例公开了一种具有污染物净化功能的汽车尾气余热余能回收装置，如图1和图2所示，其包括齿轮传动输出轴1、联轴器2、发电机3、电磁离合器4、载体5、叶片6、内壳体7、内壳气孔8、鼓包9、外壳体10、滤芯二段隔板11、桨叶小孔12、进气口13和出气口14，
外壳体10的两端分别设有进气口13和出气口14，外壳体10内部中心设有叶片6，外壳体10的内壁内部设有内壳体7，外壳体10内部靠近进气口13的一端内壁表面设有鼓包9；叶片6的内部设有桨叶小孔12；内壳体7内部设有载体5，内壳体7内部之间设有滤芯二段隔板11实现阻隔，内壳体7靠近叶片6的外侧表面设有内壳气孔8；外壳体10的外部一侧靠近出气口14设有发电机3，发电机3通过传动输入轴杆15穿过外壳体10和内壳体7与齿轮传动输出轴1连接，传动输入轴杆15连接设有电磁离合器4，齿轮传动输出轴1设有联轴器2；齿轮传动输出轴1与叶片6连接。
本实施例中，发电机3导线连接至辅助蓄电池储能系统并与汽车用电设备相连，发电机3通过橡胶吊耳固定在车架上，发电机3同时用夹具夹紧固定在汽车排气管上，辅助蓄电池储能系统安装在汽车行李箱内。
本实施例中，外壳体10安装在排气管内至消声器前端直管内或变径技改的消声器管内。
本实施例中，叶片6，外壳体10和内壳体7由耐腐蚀材料制成，叶片6为多功能叶片。
本实施例中，叶片6与齿轮传动输出轴1传动连接，齿轮传动输出轴1连接电磁离合器4带动传动输入轴杆15与发电机3连接。
本实施例中，载体5为钢渣生物碳球形蜂窝螺旋复合吸附催化预制载体，由Al2O3、CaO、SiO2、Fe2O3、MnO、TiO2、Ni以及多孔生物碳混合组成，载体5可进行更换钢渣生物碳球形蜂窝螺旋复合吸附催化预制载体，克服以高价格稀土贵金属为催化剂难以推广使用的困扰，采用具有活性的Al2O3、CaO、SiO2和少量的Fe2O3、MnO、TiO2以及Ni等大量的贱金属，配加多孔生物碳两者优势互补具有较强的吸附与催化性能，“以废治废”当净化(催化)滤芯吸附满有害物质后可定期更换。钢渣生物碳球形蜂窝螺旋复合吸附催化预制载体可当净化(催化)滤芯吸附满有害物质，以消除气流本身的湍流运动产生涡流噪声(以中高频为主)作用。球形蜂窝成一体的螺旋(模压)片，这样可以在整个消声器长度上使汽车尾气发动机燃气(尾气)产生涡流,经气孔排出的部分燃气可在后部气室二次膨胀，汽车尾气发动机燃气(尾气)产生的经排气筒口冲击波噪音声几乎可以完全消除。
本实施例中，叶片6为垂直轴低阻力型柔性螺旋形S型扭曲轴向单桨叶片，扭角为180度，中心轴与扭曲导流叶片为一体的具有自适功能的垂直轴阻力型柔性螺旋形S型扭曲轴向单桨叶片，以凹面和凸面叶面利用发动机产生的废气高速气流阻力之差推动叶片高速旋转，叶片重叠比增大，具有大高径比的输出功率，且性能优越。
本实施例中，发电机3为无铁心轴向磁通永磁发电机，延长消音汽车尾气传播路径增强催化效果，由于汽车在行进中的路况变化较大，发动机运行工况和环境温度也发生改变，所以发动机排放气体流速和温度不恒定，导致汽车尾气动能(热能)与机械能转化的不稳定，发电机转子的转动速率也不稳定，输出电压变化较大。为了使发电系统输出稳定的直流电压，发电机输出的电压采用整流滤波电路设计，为储电系统提供稳定的电压充电，整流滤波电路设计电路如图2所示，整流滤波电路设计电路由三相交流发电机、二极管和电容组成，工作时的发电机的三个输出端不分相序分别与二极管相连，以实现整流滤波的目的。
本实施例中，齿轮传动输出轴1为斜齿轮传动输出轴，联轴器2为内置套管埋入式联轴器，鼓包9为进气入口内筒壁圆周边缘导流鼓包，桨叶小孔为垂直轴低阻力型柔性螺旋形S型扭曲轴向单桨叶小孔。
本实施例中，桨叶小孔12为1-2排直径为1-3毫米的小孔，以消除固体构件受迫振动产生的气流再生声(以低频为主)作用。
本实施例中，发电机3具有起动转矩低，效率高，结构紧凑等特点，适用于低风速条件下发电，且设有防尘罩匣。
汽车发动机产生的高压、高温尾气通过进入所述在排气筒管内至消声器前端直管内(或对消声器管路变径技改)安装套管式气体导流变径排气筒匣壳体内后，套管式气体导流变径排气筒匣壳体，包括壳体内预制内阻性钢渣生物碳球形蜂窝螺旋复合吸附催化预制载体吸噪净化(催化)滤芯和设置中心的螺旋形S型扭曲轴向单桨叶片一体转子系统，在推动所述螺旋形S型扭曲轴向单桨叶片一体转子系统高速旋转做功，在螺旋形S型扭曲轴向单桨叶片一体转子的导流作用下，做高速螺旋运动。部分汽车发动机产生的高温、高速及噪音的尾气被气道设在壳体内预制内阻性钢渣生物碳球形蜂窝螺旋复合吸附催化预制载体(催化)滤芯吸收催化转化，而且S型扭曲轴向单桨叶片上设计的小孔也产生吸音效果，其主轴旋转并驱动下部所述系统还包括斜齿轮及传动输出轴装置系统(内置套管埋入式接手)，设置在所述斜齿轮及传动输出轴装置系统(内置套管埋入式接手)，通过由连接传动输入轴杆与无铁芯多级永磁发电机系统相连旋转，从而产生电能，所述无铁芯多级永磁发电系统通过导线连接至辅助蓄电池储能系统并与汽车用电设备相连供再利用。经消减能量、催化、净化后的清洁尾气从排气口向外排出。
进气入口内筒壁圆周边缘设计有一个固定的略微鼓包来到对高温、高速尾气气流进行压缩，内筒壁圆周设有交错排列的蜂窝孔洞起到扰流作用以及流场和温度场分布均匀。
所述传动主轴并驱动下部所述系统还包括斜齿轮及传动输出轴装置系统(内置套管埋入式接手)，设置在所述斜齿轮及传动输出轴装置系统(内置套管埋入式接手)匣套内，通过由连接传动输入轴杆均使用石墨润滑剂。
汽车尾气净化催化剂经常处于高温和高空速状态下运行，对催化剂载体的要求除了具备较高的比表面积和耐高温稳定外，还应具有较宽的孔径分布，使的催化反应中的传质过程能迅速完成。因此，孔的性质也是衡量载体性能优劣的重要指标之一。经特殊处理的以钢渣为骨架的载体具有较高的比表面积和耐高温稳定，还具有合理的孔径分布，具有较多数量的中小孔以及和适量的大孔，不仅能使活度组分得到最大限度的分散，而且对催化剂反应中的传质过程十分有利。
本申请布置在排气筒管内至消声器前端直管内(或对消声器管路扩径技改)，其插入阻力对发动机动力性和油耗影响的很小，且其消声量受发动机工况变化的影响也不明显，另外，它可以直接串连到其它特种车辆、船舶的尾气以及工业气、液排放管道内使用，能对汽车尾气余热进行有效回收并转化为电能，来驱动内部尾气净化装置，进一步净化汽车尾气。
以上通过实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的示例性实施例，运用了声波反射、折射、衍射理论以及燃气膨胀理论,气体动力、流体力学以及材料应用理论，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本发明的保护范围由权利要求书限定。凡利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，在本发明的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有污染物净化功能的汽车尾气余热余能回收装置，包括齿轮传动输出轴、联轴器、发电机、电磁离合器、载体、叶片、内壳体、内壳气孔、鼓包、外壳体、滤芯二段隔板、桨叶小孔、进气口和出气口，其特征在于，
所述外壳体的两端分别设有进气口和出气口，所述外壳体内部中心设有叶片，所述外壳体的内壁内部设有内壳体，所述外壳体内部靠近进气口的一端内壁表面设有鼓包；所述叶片的内部设有桨叶小孔；所述内壳体内部设有载体，所述内壳体内部之间设有滤芯二段隔板实现阻隔，所述内壳体靠近叶片的外侧表面设有内壳气孔；所述外壳体的外部一侧靠近出气口设有发电机，所述发电机通过传动输入轴杆穿过外壳体和内壳体与齿轮传动输出轴连接，所述传动输入轴杆连接设有电磁离合器，所述齿轮传动输出轴设有联轴器；所述齿轮传动输出轴与叶片连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有污染物净化功能的汽车尾气余热余能回收装置，其特征在于，所述发电机导线连接至辅助蓄电池储能系统并与汽车用电设备相连，所述发电机通过橡胶吊耳固定在车架上，所述发电机同时用夹具夹紧固定在汽车排气管上，所述辅助蓄电池储能系统安装在汽车行李箱内。
3.根据权利要求1所述的一种具有污染物净化功能的汽车尾气余热余能回收装置，其特征在于，所述外壳体安装在排气管内至消声器前端直管内或消声器管内。
4.根据权利要求1所述的一种具有污染物净化功能的汽车尾气余热余能回收装置，其特征在于，所述叶片，外壳体和内壳体由耐腐蚀材料制成，所述叶片为多功能叶片。
5.根据权利要求1所述的一种具有污染物净化功能的汽车尾气余热余能回收装置，其特征在于，所述叶片与齿轮传动输出轴传动连接，所述齿轮传动输出轴连接电磁离合器带动传动输入轴杆与发电机连接。
6.根据权利要求1所述的一种具有污染物净化功能的汽车尾气余热余能回收装置，其特征在于，所述载体为钢渣生物碳球形蜂窝螺旋复合吸附催化预制载体，所述载体由Al2O3、CaO、SiO2、Fe2O3、MnO、TiO2、Ni以及多孔生物碳混合组成，所述载体可进行更换。
7.根据权利要求1所述的一种具有污染物净化功能的汽车尾气余热余能回收装置，其特征在于，所述叶片为垂直轴低阻力型柔性螺旋形S型扭曲轴向单桨叶片，扭角为180度，中心轴与扭曲导流叶片为一体，以凹面和凸面叶面利用汽车发动机产生的废气高速气流阻力之差推动叶片高速旋转。
8.根据权利要求1所述的一种具有污染物净化功能的汽车尾气余热余能回收装置，其特征在于，所述发电机为无铁心轴向磁通永磁发电机，输出的电压采用整流滤波电路设计，整流滤波电路设计电路由三相交流发电机、二极管和电容组成，工作时的发电机的三个输出端不分相序分别与二极管相连，以实现整流滤波的目的。
9.根据权利要求1所述的一种具有污染物净化功能的汽车尾气余热余能回收装置，其特征在于，所述齿轮传动输出轴为斜齿轮传动输出轴，所述联轴器为内置套管埋入式联轴器，所述鼓包为进气入口内筒壁圆周边缘导流鼓包，所述桨叶小孔为垂直轴低阻力型柔性螺旋形S型扭曲轴向单桨叶小孔。
10.根据权利要求1所述的一种，其特征在于，所述桨叶小孔为1-2排，所述桨叶小孔直径为1毫米-3毫米。
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