CN108678845B - 车辆排气管尾气废热回收温差发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了车辆排气管尾气废热回收温差发电装置，包括管道本体、通气空心管、环形薄壁板、中空圆柱管、弹簧、圆盘、第一热电偶组、第二热电偶组，管道本体包括内外嵌套的内层管道和外层管道，内层管道和外层管道之间形成第一环形空间，管道本体的两端各至少设有一个通气空心管，中空圆柱管设于内层管道内，形成密封的第二环形空间，环形薄壁板设于第二环形空间内，弹簧和圆盘设于中空圆柱管内，第一热电偶组设置于外层管道上，第二热电偶组设置于内层管道上，本发明利用排气管中高温尾气作为热源，环境温度作为冷源进行温差热电转换，采用热电偶内置型温差发电方法取代传统的温差发电片的平板式温差发电，提高换热性能，具有更大的能量密度。
Description
技术领域
本发明涉及汽车领域，具体涉及车辆排气管尾气废热回收温差发电装置。
背景技术
能源短缺、环境污染和气候变暖是能源产业和各界共同面临的巨大挑战，经济、高效和清洁地利用现有能源以及开发新型能源至关重要。汽车发动机，是石油能源消耗的主要途径之一，然而，现有车辆发动机的热效率不到30％，内燃机中燃油大部分能量没有得到有效的利用，其中仅由排气带走的热量就占进入发动机中的燃料所产生能量的30％到45％。随着生活水平的提高，汽车得到普及，从而使废热成为庞大潜在的能源。车辆发动机燃料燃烧后产生的排气管尾气温度可达800K—1200K，利用排气管中的废热进行温差发电，不仅可以节约能源，改善环境，而且还会因温差发电吸热降温提高汽车整体性能和燃油效能。现有技术中的车辆温差发电器传热方式不佳，排气管的传热系数不大，因此高温端采用壁面导热与热流进行能量交换的方式，传热系数小，能量转换密度小，需较大的空间尺寸。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种车辆排气管尾气废热回收温差发电装置，利用车辆排气管废气余热与环境的温差进行温差发电，能提高资源利用率和发动机的热效率，同时降低环境危害。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
车辆排气管尾气废热回收温差发电装置，包括管道本体、通气空心管、环形薄壁板、中空圆柱管、弹簧、圆盘、第一热电偶组、第二热电偶组；
所述管道本体包括内外嵌套的内层管道和外层管道，所述内层管道和外层管道之间形成第一环形空间，所述内层管道的内壁上包有第二绝热层，所述第二绝热层通过第二固定层固定，所述外层管道的外壁上包有第一绝热层，所述第一绝热层通过第一固定层固定；
所述中空圆柱管设于内层管道内，所述中空圆柱管和内层管道的两端均密封，所述中空圆柱管与内层管道之间形成密封的第二环形空间，所述环形薄壁板设于第二环形空间内，连接内层管道与中空圆柱管，将第二环形空间分隔为两个独立的空间；
所述管道本体的两端各至少设有一个通气空心管，所述环形薄壁板位于管道本体上两端的通气空心管之间，所述通气空心管沿管道本体的径向设置，通气空心管穿过内层管道和外层管道使第二环形空间与大气连通，所述中空圆柱管与通气空心管正对的管壁处均开设有第一通孔，使中空圆柱管与第二环形空间连通；
所述弹簧和圆盘设于中空圆柱管内，所述圆盘与中空圆柱管的轴线垂直，且圆盘的侧面与中空圆柱管的内壁贴合，所述弹簧的一端固定在中空圆柱管的端部固定连接，另一端与圆盘固定连接，圆盘能在中空圆柱管内自由滑动；
所述第一热电偶组设置于外层管道上，包括多个第一热电偶，多个所述第一热电偶的热端穿过第一固定层、第一绝热层和外层管道伸入至第一环形空间内，冷端位于第一固定层外；
所述第二热电偶组设置于内层管道上，包括多个第二热电偶，多个所述第二热电偶的热端穿过第二绝热层、第二固定层和内层管道上伸入至第一环形空间内，冷端位于第二环形空间内；
多个所述第一热电偶和第二热电偶依据需求以串联或并联方式连接。
优选地，多个所述第一热电偶和第二热电偶均沿管道本体的径向设置。
优选地，第一热电偶和第二热电偶外均包有第二绝热套。
优选地，所述第二绝热套为T形，包括第二上圆柱套和第二下圆柱套，所述第二上圆柱套与第二下圆柱套连接的表面为内凹的圆弧面，与第一固定层和第二固定层紧密贴合。
优选地，所述第一固定层外包有链块层，所述链块层包括多个链块组，每个链块组中包括多个链块，所述链块的侧面上下两端均设有第二通孔，每个链块组中的相邻两个链块的顶端和底端依次通过钢棒交错连接；
所述链块上设有T形通孔，所述第一热电偶外包有第一绝缘套，所述第一绝缘套为T形，包括第一上圆柱套和第一下圆柱套，所述第一上圆柱套与第一下圆柱套连接的表面为平面，与T形通孔的底壁紧密贴合。
优选地，所述钢棒的两端分别设有螺母。
优选地，所述钢棒的两端沿径向设有凸起，使钢棒的两端端面直径大于钢棒第二通孔的直径。
优选地，所述管道本体的两端均设有法兰，所述法兰与外层管道固定连接，所述法兰连通排气管和第一环形空间。
优选地，所述通气空心管与内层管道和外层管道通过螺纹连接。
优选地，所述通气空心管的管壁上设有环形空腔，所述环形空腔为真空状态。
本发明的有益效果：
1)本发明利用排气管中高温尾气作为热源，环境温度作为冷源进行温差热电转换，采用热电偶内置型温差发电方法取代传统的温差发电片的平板式温差发电，提高换热性能，具有更大的能量密度。
2)本发明设有内外两个热电偶组，相比传统的温差发电片转换效率更高。
3)本发明设有链块层，能够一次性将第一热电偶组安装在外层管道上，整体安装拆卸方便。
附图说明
图1为本发明所述车辆排气管尾气废热回收温差发电装置的剖视图。
图2为本发明所述车辆排气管尾气废热回收温差发电装置的结构示意图一。
图3为本发明所述车辆排气管尾气废热回收温差发电装置的结构示意图二。
图4为本发明所述第一绝热套的剖视图。
图5为本发明所述第二绝热套的剖视图。
图中：1—外层管道，1-1—法兰，2—内层管道，3—链块层，3-1—链块，3-2—钢棒，3-3—螺母，4—通气空心管，5—第一绝热层，6—第一固定层，7—环形薄壁板，8—中空空心管，9—弹簧，10—圆盘，11—第一热电偶，12—第一绝热套，13—第二绝热套，14—密封圈，15—第二热电偶，16—第二绝热层，17—第二固定层。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施1
如图1所示，车辆排气管尾气废热回收温差发电装置，包括管道本体、通气空心管4、环形薄壁板7、中空圆柱管8、弹簧9、圆盘10、第一热电偶组、第二热电偶组。
管道本体包括内外嵌套的内层管道2和外层管道1，所述内层管道2和外层管道1之间形成第一环形空间，所述内层管道2的内壁上包有第二绝热层16，所述第二绝热层16通过第二固定层17固定，所述外层管道1的外壁上包有第一绝热层5，所述第一绝热层5通过第一固定层6固定
所述中空圆柱管8设于内层管道2内，内层管道2的一端封闭，封闭端面的内表面上设有环形凹槽，中空圆柱管8内层管道2内，通过环形凹槽定位并通过环形薄壁板7支撑，中空圆柱管8和内层管道2的另一端封闭，中空圆柱管8与内层管道2之间形成密封的第二环形空间，所述环形薄壁板7设于第二环形空间内，连接内层管道2与中空圆柱管8，将第二环形空间分隔为两个独立的空间。
管道本体的两端各两个通气空心管4，所述环形薄壁板7位于管道本体上两端的通气空心管4之间，所述通气空心管4沿管道本体的径向设置，通气空心管4穿过内层管道2和外层管道1使第二环形空间与大气连通，通气空心管4与内层管道2和外层管道1通过螺纹连接或焊接。通气空心管4的管壁上设有环形空腔，所述环形空腔为真空状态或者填充有导热系数较小的气体，实现隔热作用。中空圆柱管8与通气空心管4正对的管壁处均开设有第一通孔，使中空圆柱管8与第二环形空间连通，用于换气。
弹簧9和圆盘10设于中空圆柱管8内，所述圆盘10与中空圆柱管8的轴线垂直，且圆盘10的侧面与中空圆柱管8的内壁贴合，所述弹簧9的一端固定在中空圆柱管8的端部固定连接，另一端与圆盘10固定连接，圆盘10能在中空圆柱管8内自由滑动，中空圆柱管8与圆盘10间添加润滑剂。
如图3和图4所示，第一热电偶组设置于外层管道1上，包括多个第一热电偶11，多个所述第一热电偶11的热端穿过第一固定层6、第一绝热层5和外层管道1伸入至第一环形空间内，冷端位于第一固定层6外。第一热电偶11热端所在位置的温度不得超过第一热电偶11的额定最高温度以及高温绝热层的融化温度。
第二热电偶组设置于内层管道2上，包括多个第二热电偶15，多个所述第二热电偶15的热端穿过第二绝热层16、第二固定层17和内层管道2上伸入至第一环形空间内，冷端位于第二环形空间内，第二热电偶15的热端所在位置的温度不得超过第二热电偶15的额定最高温度以及高温绝热层的融化温度。第一热电偶11和第二热电偶15均沿管道本体1的径向设置。第一热电偶11和第二热电偶15外均包有第二绝热套13，第二绝热套13为T形，包括第二上圆柱套和第二下圆柱套，所述第二上圆柱套的下表面为粘接面，设有内凹的圆弧面，与第一固定层6和第二固定层17紧密贴合。第二圆柱套上设有环形槽用于安装密封圈14，防止汽车废气向大气的泄露。
第一热电偶11和第二热电偶15的个数沿管道本体的周向分布取决于内层管道2和外层管道1的大小以及第一热电偶11和第二热电偶15的大小。
多个第一热电偶11和第二热电偶15依据需求以串联或并联方式连接，并与蓄电池连接。
实施例2
如图2所示，在实施1的第一固定层6外包有链块层，所述链块层包括多个链块组，每个链块组中包括多个链块3-1，所述链块3-1的侧面上下两端均设有第二通孔，每个链块组中的相邻两个链块3-1的顶端和底端依次通过钢棒3-2交错连接，钢棒3-2的两端分别设有螺母3-3用于固定和防松。
所述链块3-1上设有T形通孔，如图5所示，所述第一热电偶11外包有第一绝缘套12，所述第一绝缘套12为T形，包括第一上圆柱套和第一下圆柱套，所述第一上圆柱套与第一下圆柱套连接的面为平面，与T形通孔的底壁紧密贴合。第一圆柱套上设有环形槽用于安装密封圈14，防止汽车废气向大气的泄露。
本发明的工作原理：
废气通过法兰1-1进入通过第一环形空间时，第一环形空间内温度升高，将热量传递给第一热电偶11和第二热电偶15，第一热电偶组由于大气环境与废气的温差产生电动势；第二热电偶组由于第一环形空间与第二环形空间的温差产生电动势；当汽车变速时圆盘10由于惯性和弹簧9的势能会在中空圆柱管8内往复运动。如图2，当圆盘10往左运动时，中空圆柱管8内部的气体从圆盘10的左边的第一桶孔中被压出至第二环形空间内，由于环形薄壁板7将第二环形空间分为左右两个独立的环形空间，左环形空间与右环形空间内的气体不通，最终气体通过通气空心管4通往大气；而在圆盘10的右半部分，情况恰好相反，大气中的气体被吸入右环形空间内和中空圆柱管8中；当圆盘10往复运动时，圆盘10的左右两部分空间分别通过“吸气”和“吐气”达到换气效果。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.车辆排气管尾气废热回收温差发电装置，其特征在于，包括管道本体、通气空心管(4)、环形薄壁板(7)、中空圆柱管(8)、弹簧(9)、圆盘(10)、第一热电偶组、第二热电偶组；
所述管道本体包括内外嵌套的内层管道(2)和外层管道(1)，所述内层管道(2)和外层管道(1)之间形成第一环形空间，所述内层管道(2)的内壁上包有第二绝热层(16)，所述第二绝热层(16)通过第二固定层(17)固定，所述外层管道(1)的外壁上包有第一绝热层(5)，所述第一绝热层(5)通过第一固定层(6)固定；
所述中空圆柱管(8)设于内层管道(2)内，所述中空圆柱管(8)和内层管道(2)的两端均密封，所述中空圆柱管(8)与内层管道(2)之间形成密封的第二环形空间，所述环形薄壁板(7)设于第二环形空间内，连接内层管道(2)与中空圆柱管(8)，将第二环形空间分隔为两个独立的空间；
所述管道本体的两端各至少设有一个通气空心管(4)，所述环形薄壁板(7)位于管道本体上两端的通气空心管(4)之间，所述通气空心管(4)沿管道本体的径向设置，通气空心管(4)穿过内层管道(2)和外层管道(1)使第二环形空间与大气连通，所述中空圆柱管(8)与通气空心管(4)正对的管壁处均开设有第一通孔，使中空圆柱管(8)与第二环形空间连通；
所述弹簧(9)和圆盘(10)设于中空圆柱管(8)内，所述圆盘(10)与中空圆柱管(8)的轴线垂直，且圆盘(10)的侧面与中空圆柱管(8)的内壁贴合，所述弹簧(9)的一端固定在中空圆柱管(8)的端部固定连接，另一端与圆盘(10)固定连接，圆盘(10)能在中空圆柱管(8)内自由滑动；
所述第一热电偶组设置于外层管道(1)上，包括多个第一热电偶(11)，多个所述第一热电偶(11)的热端穿过第一固定层(6)、第一绝热层(5)和外层管道(1)伸入至第一环形空间内，冷端位于第一固定层(6)外；
所述第二热电偶组设置于内层管道(2)上，包括多个第二热电偶(15)，多个所述第二热电偶(15)的热端穿过第二绝热层(16)、第二固定层(17)和内层管道(2)上伸入至第一环形空间内，冷端位于第二环形空间内；
多个所述第一热电偶(11)和第二热电偶(15)依据需求以串联或并联方式连接。
2.根据权利要求1所述的车辆排气管尾气废热回收温差发电装置，其特征在于，多个所述第一热电偶(11)和第二热电偶(15)均沿管道本体的径向设置。
3.根据权利要求2所述的车辆排气管尾气废热回收温差发电装置，其特征在于，第一热电偶(11)和第二热电偶(15)外均包有第二绝热套(13)。
4.根据权利要求3所述的车辆排气管尾气废热回收温差发电装置，其特征在于，所述第二绝热套(13)为T形，包括第二上圆柱套和第二下圆柱套，所述第二上圆柱套与第二下圆柱套连接的表面为内凹的圆弧面，与第一固定层(6)和第二固定层(17)紧密贴合。
5.根据权利要求2所述的车辆排气管尾气废热回收温差发电装置，其特征在于，所述第一固定层(6)外包有链块层，所述链块层包括多个链块组，每个链块组中包括多个链块(3-1)，所述链块(3-1)的侧面上下两端均设有第二通孔，每个链块组中的相邻两个链块(3-1)的顶端和底端依次通过钢棒(3-2)交错连接；
所述链块(3-1)上设有T形通孔，所述第一热电偶(11)外包有第一绝缘套(12)，所述第一绝缘套(12)为T形，包括第一上圆柱套和第一下圆柱套，所述第一上圆柱套与第一下圆柱套连接的表面为平面，与T形通孔的底壁紧密贴合。
6.根据权利要求5所述的车辆排气管尾气废热回收温差发电装置，其特征在于，所述钢棒(3-2)的两端分别设有螺母(3-3)。
7.根据权利要求5所述的车辆排气管尾气废热回收温差发电装置，其特征在于，所述钢棒(3-2)的两端沿径向设有凸起，使钢棒(3-2)的两端端面直径大于钢棒第二通孔的直径。
8.根据权利要求1所述的车辆排气管尾气废热回收温差发电装置，其特征在于，所述管道本体的两端均设有法兰(1-1)，所述法兰(1-1)与外层管道(1)固定连接，所述法兰(1-1)连通排气管和第一环形空间。
9.根据权利要求1所述的车辆排气管尾气废热回收温差发电装置，其特征在于，所述通气空心管(4)与内层管道(2)和外层管道(1)通过螺纹连接。
10.根据权利要求1所述的车辆排气管尾气废热回收温差发电装置，其特征在于，所述通气空心管(4)的管壁上设有环形空腔，所述环形空腔为真空状态。
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2018
- 2018-04-25 CN CN201810379474.XA patent/CN108678845B/zh active Active
Patent Citations (5)
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