CN108825340B - 新能源汽车的发电装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新能源汽车的发电装置，包括圆柱状的内壳体，所述内壳体的内腔为尾气换能腔；所述尾气换能腔内同轴心设置有旋转叶轮，所述旋转叶轮为与所述尾气换能腔同轴心的环体筒状结构，所述旋转叶轮与所述内壳体内壁之间形成烟气换热通道；所述转换叶轮沿轴线方向依次包括一体化连接的左环体、中环体和右环体；本发明的结构简单，空气依次经过左环腔、中环腔和右环腔的过程中，内壳体中高温尾气所放出的大量热量被左环腔、中环腔和右环腔中流动的空气吸收，进而起到对即将进入发动机进气门的空气进行了预热的效果。

Description

新能源汽车的发电装置及其方法
技术领域
本发明属于新能源汽车领域，尤其涉及新能源汽车的发电装置及其方法。
背景技术
电动新能源汽车相对传统内燃机车，具有加速性能好、静音平稳、无污染排放等优势；但是新能源汽车上的动力电池的电量有限，因此电动新能源汽车在续航能力较传统内燃机车差；而便携式的内燃机发电机可以在电池耗尽时作为电动新能源汽车的备用电源使用；现有的内燃机发电机的尾气中其实还蕴含大量的冲击动能和热能，如果直接排出会造成能量损失。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种能利用尾气冲击动能的新能源汽车的发电装置及其方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明的新能源汽车的发电装置，包括圆柱状的内壳体，所述内壳体的内腔为尾气换能腔；
所述尾气换能腔内同轴心设置有旋转叶轮，所述旋转叶轮为与所述尾气换能腔同轴心的环体筒状结构，所述旋转叶轮与所述内壳体内壁之间形成烟气换热通道；所述旋转叶轮沿轴线方向依次包括一体化连接的左环体、中环体和右环体；
所述中环体和右环体之间的同轴心一体化固定设置有分隔盘；所述分隔盘左侧形成旋流腔，所述分隔盘右侧形成排气腔；所述左环体的左端部与所述尾气换能腔的左端壁间隙设置；所述右环体的右端部与所述尾气换能腔的右端壁间隙设置；所述中环体的环体内壁呈圆周阵列设置有若干内能量转换叶片，所述中环体的环体外壁还呈圆周阵列设置有若干外能量转换叶片；
所述左环体的圆柱壁面呈圆周阵列均布有若干烟气溢出消声孔，各所述烟气溢出消声孔将所述旋流腔和烟气换热通道之间相互导通；所述右环体圆柱壁面呈圆周阵列均布有若干烟气通过孔，所述烟气通过孔将所述烟气换热通道和排气腔之间相互导通；还包括排烟管，所述排烟管的进气端伸入所述排气腔中；
还包括若干呈放射状分布的尾气喷管，各所述尾气喷管的尾气喷口与所述中环体上的若干内能量转换叶片相对应。
进一步的、所述外能量转换叶片为轴流风机叶片，烟气换热通道中定向流动的尾气可推动外能量转换叶片，并带动旋转叶轮旋转；所述内能量转换叶片为矩形直叶片结构；内能量转换叶片所在面与经过内能量转换叶片根部的直径线所呈夹角为α，满足35°＜α＜55°，所述直径线所对应的圆环结构为中环体；若干所述尾气喷管的末端呈发散状向外延伸，且各所述尾气喷管末端的尾气喷口呈圆周阵列分布于所述中环体的环体所围合的内侧；任意一个内能量转换叶片的所在面都能旋转至与尾气喷口的喷口延伸线重合。
进一步的、所述内壳体外侧还同轴心设置有圆柱状的外壳体；所述内壳体和外壳体之间形成环柱腔；所述环柱腔内还同轴心包括左分隔环体和右分隔环体，所述左分隔环体和右分隔环体将所述环柱腔分隔成左环腔、中环腔和右环腔；所述左分隔环体和右分隔环体上分别设置有第一导通孔和第二导通孔；所述第一导通孔与第二导通孔之间呈度错开；还包括冷空气进气管和热空气出气管；所述冷空气进气管的一端连通所述右环腔，所述热空气出气管的一端连通所述左环腔；所述热空气出气管的另一端连通发动机的进气门。
进一步的、所述尾气换能腔内还同轴心设置有蓄气分流筒，所述蓄气分流筒为圆柱形密闭空腔结构，且所述蓄气分流筒内腔为尾气分流腔；所述蓄气分流筒一体化固定于所述尾气换能腔靠近所述热空气出气管的一端；
还包括发动机排气管，所述发动机排气管的排气口同轴心连通所述蓄气分流筒的尾气分流腔；所述尾气分流腔内还同轴心设置有引流锥，所述引流锥为硬质圆锥体结构，所述引流锥的尖端朝向所述排气口一侧，所述引流锥的粗端一体化固定连接排气口对侧的端壁.；
所述尾气喷管为硬质弯管结构；六根尾气喷管的进气端连通所述尾气分流腔；且六根尾气喷管与尾气分流腔的六个连通处呈圆周阵列于端壁.上。
进一步的、所述尾气换能腔远离所述蓄气分流筒的一端内壁同轴心设置有输出轴穿过孔，还包括动能输出轴和发电机，所述动能输出轴的一端可转动穿过右端壁上的输出轴穿过孔并同轴心一体化同步连接所述分隔盘，所述旋转叶轮通过分隔盘带动动能输出轴同步旋转；所述动能输出轴的另一端传动连接发电机的机芯转子；动能输出轴可带动发电机的转子旋转。
进一步的、新能源汽车的发电装置的方法，发动机连续启动运行时，发动机的进气门处在吸气冲程过程中连续产生负压，进而造成热空气出气管形成持续负压，进而在负压作用下，外界空气通过冷空气进气管进入右环腔中，进而在负压作用下，右环腔中的空气经过第二导通孔进入到中环腔中，进而在负压作用下，中环腔中的空气经过第一导通孔进入到左环腔中，进而左环腔中的空气向热空气出气管流动；空气依次经过左环腔、中环腔和右环腔的过程中，内壳体中高温尾气所放出的大量热量被左环腔、中环腔和右环腔中流动的空气吸收，进而起到对即将进入发动机进气门的空气进行了预热的效果，同时左环腔、中环腔和右环腔本身是空腔结构，因而还起到隔绝部分震动的效果，进而起到一定的消声功能，在发动机运行过程中，左环腔、中环腔和右环腔中的空气始终为连续流动状态下，进而流动的空气可以加速整个内壳体和外壳体的散热，提高消声器的使用寿命，同时充分利用了尾气余热，进而提高了发动机效率；
与此同时发动机的排气门连续向发动机排气管排出呈节律周期变化的尾气冲击波，进而尾气冲击波从发动机排气管的排气口冲出至尾气分流腔中，在引流锥的作用下，尾气分流腔中的尾气冲击波呈喇叭状逐渐扩开的散开，进而，尾气分流腔中被引流锥扩开的冲击波被均匀分流到各个尾气喷管中，进入到尾气喷管中的烟气冲击波分别从各个尾气喷口处喷出，此时各个尾气喷口处喷出的烟气和冲击波呈发散状喷向旋转叶轮内壁上的内能量转换叶片上，进而驱动旋转叶轮连续旋转，进而带动所述动能输出轴旋转，进而动能输出轴带动外部发电机的转子旋转，进而起到发电的效果；与此同时旋转叶轮内壁的内能量转换叶片的连续旋转配合各个尾气喷口处同时喷出的烟气和冲击波在旋流腔中形成旋流，进而将残余冲击动能分解在旋流腔中，进而起到消声的效果；然后旋流腔中的烟气通过各个烟气溢出消声孔溢出至烟气换热通道中，进而烟气换热通道中的高温烟气向排烟管方向运行，高温烟气在通过烟气换热通道过程中连续将热量传导给内壳体，进而内壳体将热量连续传递到左环腔、中环腔和右环腔中的空气中；与此同时烟气换热通道中定向流动的尾气推动外能量转换叶片，并带动旋转叶轮旋转，此时旋转叶轮受到外能量转换叶片的持续驱动力和内能量转换叶片的爆发驱动力的双重驱动力，进而使动能输出轴的输出扭矩更加强劲持续；然后烟气换热通道中的烟气通过若干烟气通过孔进入到排气腔中，最终排气腔中的烟气通过转换器排烟管排出。
有益效果：本发明的结构简单，空气依次经过左环腔、中环腔和右环腔的过程中，内壳体中高温尾气所放出的大量热量被左环腔、中环腔和右环腔中流动的空气吸收，进而起到对即将进入发动机进气门的空气进行了预热的效果，同时左环腔、中环腔和右环腔本身是空腔结构，因而还起到隔绝部分震动的效果，进而起到一定的消声功能，在发动机运行过程中，左环腔、中环腔和右环腔中的空气始终为连续流动状态下，进而流动的空气可以加速整个内壳体和外壳体的散热，提高消声器的使用寿命，同时充分利用了尾气余热，进而提高了发动机效率。
附图说明
附图1为本发明整体结构示意图；
附图2为本发明整体正剖视图；
附图3为本发明的中环体处的轴向剖视图；
附图4为本发明隐去旋转叶轮后的第一立体剖视图；
附图5为本发明隐去旋转叶轮后的第二立体剖视图；
附图6为旋转叶轮结构示意图；
附图7为旋转叶轮立体剖开示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
(1)本方案的结构介绍：如附图1至7所示的新能源汽车的发电装置，包括圆柱状的内壳体49，所述内壳体49的内腔为尾气换能腔6；
所述尾气换能腔6内同轴心设置有旋转叶轮3，所述旋转叶轮3为与所述尾气换能腔6同轴心的环体筒状结构，所述旋转叶轮3与所述内壳体49内壁之间形成烟气换热通道26；所述旋转叶轮3沿轴线方向依次包括一体化连接的左环体41、中环体42和右环体43；
所述中环体42和右环体43之间的同轴心一体化固定设置有分隔盘9；所述分隔盘9左侧形成旋流腔20，所述分隔盘9右侧形成排气腔21；所述左环体41的左端部1与所述尾气换能腔6的左端壁16间隙设置；所述右环体43的右端部44与所述尾气换能腔6的右端壁50间隙设置；所述中环体42的环体内壁呈圆周阵列设置有若干内能量转换叶片8，所述中环体42的环体外壁还呈圆周阵列设置有若干外能量转换叶片76；
所述左环体41的圆柱壁面呈圆周阵列均布有若干烟气溢出消声孔7，各所述烟气溢出消声孔7将所述旋流腔20和烟气换热通道26之间相互导通；所述右环体43圆柱壁面呈圆周阵列均布有若干烟气通过孔77，所述烟气通过孔77将所述烟气换热通道26和排气腔21之间相互导通；还包括排烟管15，所述排烟管15的进气端伸入所述排气腔21中；
还包括若干呈放射状分布的尾气喷管11，各所述尾气喷管11的尾气喷口10与所述中环体42上的若干内能量转换叶片8相对应。
所述外能量转换叶片76为轴流风机叶片，烟气换热通道26中定向流动的尾气可推动外能量转换叶片76，并带动旋转叶轮3旋转；所述内能量转换叶片8为矩形直叶片结构；内能量转换叶片8所在面与经过内能量转换叶片8根部的直径线23所呈夹角为α，满足35°＜α＜55°，所述直径线23所对应的圆环结构为中环体42；若干所述尾气喷管11的末端呈发散状向外延伸，且各所述尾气喷管11末端的尾气喷口10呈圆周阵列分布于所述中环体42的环体所围合的内侧；任意一个内能量转换叶片8的所在面都能旋转至与尾气喷口10的喷口延伸线22重合；这样的尾气喷口10的喷射方向和内能量转换叶片8之间的角度关系使从尾气喷管11的尾气喷口10喷出的尾气能最大限度的将冲击动能转化成旋转叶轮3的旋转动能。
所述内壳体49外侧还同轴心设置有圆柱状的外壳体13；所述内壳体49和外壳体13之间形成环柱腔；所述环柱腔内还同轴心包括左分隔环体75和右分隔环体80，所述左分隔环体75和右分隔环体80将所述环柱腔分隔成左环腔78、中环腔79和右环腔81；所述左分隔环体75和右分隔环体80上分别设置有第一导通孔83和第二导通孔82；所述第一导通孔83与第二导通孔82之间呈180度错开；还包括冷空气进气管46和热空气出气管45；所述冷空气进气管46的一端连通所述右环腔81，所述热空气出气管45的一端连通所述左环腔78；所述热空气出气管45的另一端连通发动机的进气门。
所述尾气换能腔6内还同轴心设置有蓄气分流筒5，所述蓄气分流筒5为圆柱形密闭空腔结构，且所述蓄气分流筒5内腔为尾气分流腔19；所述蓄气分流筒5一体化固定于所述尾气换能腔6靠近所述热空气出气管45的一端；
还包括发动机排气管14，所述发动机排气管14的排气口18同轴心连通所述蓄气分流筒5的尾气分流腔19；所述尾气分流腔19内还同轴心设置有引流锥17，所述引流锥17为硬质圆锥体结构，所述引流锥17的尖端朝向所述排气口18一侧，所述引流锥17的粗端一体化固定连接排气口18对侧的端壁19.1；引流锥17使喷向尾气分流腔19中的尾气能均匀的分流至尾气动能喷管11中，使每个尾气动能喷管11喷出的尾气冲击波的冲击力趋于一致，进而提高旋转叶轮3的输出的旋转动能的稳定性，具体过程后文中还有详细介绍；
所述尾气喷管11为硬质弯管结构；六根尾气喷管11的进气端连通所述尾气分流腔19；且六根尾气喷管11与尾气分流腔19的六个连通处呈圆周阵列于端壁19.1上。
所述尾气换能腔6远离所述蓄气分流筒5的一端内壁同轴心设置有输出轴穿过孔12，还包括动能输出轴2和发电机73，所述动能输出轴2的一端可转动穿过右端壁50上的输出轴穿过孔12并同轴心一体化同步连接所述分隔盘9，所述旋转叶轮3通过分隔盘9带动动能输出轴2同步旋转；所述动能输出轴2的另一端传动连接发电机73的机芯转子；动能输出轴2可带动发电机的转子旋转。
(2)本方案的方法、过程以及部分技术进步整理如下：
发动机连续启动运行时，发动机的进气门处在吸气冲程过程中连续产生负压，进而造成热空气出气管45形成持续负压，进而在负压作用下，外界空气通过冷空气进气管46进入右环腔81中，进而在负压作用下，右环腔81中的空气经过第二导通孔82进入到中环腔79中，进而在负压作用下，中环腔79中的空气经过第一导通孔83进入到左环腔78中，进而左环腔78中的空气向热空气出气管45流动；空气依次经过左环腔78、中环腔79和右环腔81的过程中，内壳体49中高温尾气所放出的大量热量被左环腔78、中环腔79和右环腔81中流动的空气吸收，进而起到对即将进入发动机进气门的空气进行了预热的效果，同时左环腔78、中环腔79和右环腔81本身是空腔结构，因而还起到隔绝部分震动的效果，进而起到一定的消声功能，在发动机运行过程中，左环腔78、中环腔79和右环腔81中的空气始终为连续流动状态下，进而流动的空气可以加速整个内壳体49和外壳体13的散热，提高消声器的使用寿命，同时充分利用了尾气余热，进而提高了发动机效率；
与此同时发动机的排气门连续向发动机排气管14排出呈节律周期变化的尾气冲击波，进而尾气冲击波从发动机排气管14的排气口18冲出至尾气分流腔19中，在引流锥17的作用下，尾气分流腔19中的尾气冲击波呈喇叭状逐渐扩开的散开，进而，尾气分流腔19中被引流锥17扩开的冲击波被均匀分流到各个尾气喷管11中，进入到尾气喷管11中的烟气冲击波分别从各个尾气喷口10处喷出，此时各个尾气喷口10处喷出的烟气和冲击波呈发散状喷向旋转叶轮3内壁上的内能量转换叶片8上，进而驱动旋转叶轮3连续旋转，进而带动所述动能输出轴2旋转，进而动能输出轴2带动外部发电机的转子旋转，进而起到发电的效果；与此同时旋转叶轮3内壁的内能量转换叶片8的连续旋转配合各个尾气喷口10处同时喷出的烟气和冲击波在旋流腔20中形成旋流，进而将残余冲击动能分解在旋流腔20中，进而起到消声的效果；然后旋流腔20中的烟气通过各个烟气溢出消声孔7溢出至烟气换热通道26中，进而烟气换热通道26中的高温烟气向排烟管15方向运行，高温烟气在通过烟气换热通道26过程中连续将热量传导给内壳体49，进而内壳体49将热量连续传递到左环腔78、中环腔79和右环腔81中的空气中；与此同时烟气换热通道26中定向流动的尾气推动外能量转换叶片76，并带动旋转叶轮3旋转，此时旋转叶轮3受到外能量转换叶片76的持续驱动力和内能量转换叶片8的爆发驱动力的双重驱动力，进而使动能输出轴2的输出扭矩更加强劲持续；然后烟气换热通道26中的烟气通过若干烟气通过孔77进入到排气腔21中，最终排气腔21中的烟气通过转换器排烟管15排出。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.新能源汽车的发电装置，其特征在于：包括圆柱状的内壳体(49)，所述内壳体(49)的内腔为尾气换能腔(6)；
所述尾气换能腔(6)内同轴心设置有旋转叶轮(3)，所述旋转叶轮(3)为与所述尾气换能腔(6)同轴心的环体筒状结构，所述旋转叶轮(3)与所述内壳体(49)内壁之间形成烟气换热通道(26)；所述旋转叶轮(3)沿轴线方向依次包括一体化连接的左环体(41)、中环体(42)和右环体(43)；
所述中环体(42)和右环体(43)之间的同轴心一体化固定设置有分隔盘(9)；所述分隔盘(9)左侧形成旋流腔(20)，所述分隔盘(9)右侧形成排气腔(21)；所述左环体(41)的左端部(1)与所述尾气换能腔(6)的左端壁(16)间隙设置；所述右环体(43)的右端部(44)与所述尾气换能腔(6)的右端壁(50)间隙设置；所述中环体(42)的环体内壁呈圆周阵列设置有若干内能量转换叶片(8)，所述中环体(42)的环体外壁还呈圆周阵列设置有若干外能量转换叶片(76)；
所述左环体(41)的圆柱壁面呈圆周阵列均布有若干烟气溢出消声孔(7)，各所述烟气溢出消声孔(7)将所述旋流腔(20)和烟气换热通道(26)之间相互导通；所述右环体(43)圆柱壁面呈圆周阵列均布有若干烟气通过孔(77)，所述烟气通过孔(77)将所述烟气换热通道(26)和排气腔(21)之间相互导通；还包括排烟管(15)，所述排烟管(15)的进气端伸入所述排气腔(21)中；
还包括若干呈放射状分布的尾气喷管(11)，各所述尾气喷管(11)的尾气喷口(10)与所述中环体(42)上的若干内能量转换叶片(8)相对应。
2.根据权利要求1所述的新能源汽车的发电装置，其特征在于：所述外能量转换叶片(76)为轴流风机叶片，烟气换热通道(26)中定向流动的尾气可推动外能量转换叶片(76)，并带动旋转叶轮(3)旋转；所述内能量转换叶片(8)为矩形直叶片结构；内能量转换叶片(8)所在面与经过内能量转换叶片(8)根部的直径线(23)所呈夹角为α，满足35°＜α＜55°，所述直径线(23)所对应的圆环结构为中环体(42)；若干所述尾气喷管(11)的末端呈发散状向外延伸，且各所述尾气喷管(11)末端的尾气喷口(10)呈圆周阵列分布于所述中环体(42)的环体所围合的内侧；任意一个内能量转换叶片(8)的所在面都能旋转至与尾气喷口(10)的喷口延伸线(22)重合。
3.根据权利要求2所述的新能源汽车的发电装置，其特征在于：所述内壳体(49)外侧还同轴心设置有圆柱状的外壳体(13)；所述内壳体(49)和外壳体(13)之间形成环柱腔；所述环柱腔内还同轴心包括左分隔环体(75)和右分隔环体(80)，所述左分隔环体(75)和右分隔环体(80)将所述环柱腔分隔成左环腔(78)、中环腔(79)和右环腔(81)；所述左分隔环体(75)和右分隔环体(80)上分别设置有第一导通孔(83)和第二导通孔(82)；所述第一导通孔(83)与第二导通孔(82)之间呈180度错开；还包括冷空气进气管(46)和热空气出气管(45)；所述冷空气进气管(46)的一端连通所述右环腔(81)，所述热空气出气管(45)的一端连通所述左环腔(78)；所述热空气出气管(45)的另一端连通发动机的进气门。
4.根据权利要求3所述的新能源汽车的发电装置，其特征在于：所述尾气换能腔(6)内还同轴心设置有蓄气分流筒(5)，所述蓄气分流筒(5)为圆柱形密闭空腔结构，且所述蓄气分流筒(5)内腔为尾气分流腔(19)；所述蓄气分流筒(5)一体化固定于所述尾气换能腔(6)靠近所述热空气出气管(45)的一端；
还包括发动机排气管(14)，所述发动机排气管(14)的排气口(18)同轴心连通所述蓄气分流筒(5)的尾气分流腔(19)；所述尾气分流腔(19)内还同轴心设置有引流锥(17)，所述引流锥(17)为硬质圆锥体结构，所述引流锥(17)的尖端朝向所述排气口(18)一侧，所述引流锥(17)的粗端一体化固定连接排气口(18)对侧的端壁(19.1)；
所述尾气喷管(11)为硬质弯管结构；六根尾气喷管(11)的进气端连通所述尾气分流腔(19)；且六根尾气喷管(11)与尾气分流腔(19)的六个连通处呈圆周阵列于端壁(19.1)上。
5.根据权利要求4所述的新能源汽车的发电装置，其特征在于：
所述尾气换能腔(6)远离所述蓄气分流筒(5)的一端内壁同轴心设置有输出轴穿过孔(12)，还包括动能输出轴(2)和发电机(73)，所述动能输出轴(2)的一端可转动穿过右端壁(50)上的输出轴穿过孔(12)并同轴心一体化同步连接所述分隔盘(9)，所述旋转叶轮(3)通过分隔盘(9)带动动能输出轴(2)同步旋转；所述动能输出轴(2)的另一端传动连接发电机(73)的机芯转子；动能输出轴(2)可带动发电机的转子旋转。
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