CN109004728A - 一种汽车发动机高效降噪储能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车发动机高效降噪储能装置，包括温差发电装置、声波共振及电磁发电装置、电能管理装置，温差发电装置与电能管理装置的直流输入端相连，声波共振及电磁发电装置与电能管理装置的交流输入端连接，声波共振及电磁发电装置设置于温差发电装置的内腔，温差发电装置的内腔为即为声波共振腔。本发明能将一部分汽车发动机的噪音能量和热噪声能量转换为电能，供车用电气设备使用，且供电可靠性较高；能够有效降低汽车发动机总体的噪声污染。
Description
技术领域
本发明涉及汽车设备技术领域，具体涉及一种汽车发动机高效降噪储能装置。
背景技术
噪声污染作为当今世界三大环境污染之一，已经严重影响到人们的日常生活；然而噪声同时也具有相当大的能量，其潜在的开发空间很大。随着社会的发展，越来越多的汽车投入使用，如果能用汽车产生的噪声来发电，将节省很多能源，同时又能减少噪声的排放。
当今大部分汽车发动机内产生的噪声高达140dB以上，这部分噪声内蕴含的能量十分巨大；一辆普通的汽车能产生的理想声功率是100W以上，若在理想状况下全部转化为电能，则在1h内将产生可观的电能。此外，在正常工作时汽车发动机的温度一般在90℃-110℃，热噪声功率较大。根据能量守恒定律，如果可以有效地利用这些噪声的能量，将其转化为人们所需要的电能，不仅能减少噪声的排放，还能将这部分电能供汽车上的电气设备使用，从而达到显著的节能减排效果。
目前国内已有申请专利的动圈式噪声发电装置和声能发电方法及装置，仅限于理论研究阶段，并未真正投入实际应用中。韩国研究人员金智勋等人利用剑桥大学的研究成果，并结合人耳吸收声波的原理，仿照人耳吸收声音的鼓膜，制造出了名为“声雷”的噪声发电机。机内储存有碳酸盐、丙烯腈等化学物质，可以将噪声冲击波对仿生鼓膜的振动能转化为化学能储存起来，当和电器相连时就可释放出电能。这种装置的缺点是结构复杂，价格偏高，而且相对而言，安全性得不到有效保障。
所以，针对一种更方便，更可靠的汽车发动机降噪储能装置的研究是具有很大实际意义的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种汽车发动机高效降噪储能装置，能将一部分的噪音能量和热噪声能量转换为电能，供车用电气设备使用，且供电可靠性较高；能够有效降低汽车发动机的总体噪声污染。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种汽车发动机高效降噪储能装置，包括温差发电装置、声波共振及电磁发电装置、电能管理装置，温差发电装置与电能管理装置的直流输入端相连，声波共振及电磁发电装置与电能管理装置的交流输入端连接，声波共振及电磁发电装置设置于温差发电装置的内腔，温差发电装置的内腔为即为声波共振腔。
按照上述技术方案，所述的汽车发动机高效降噪储能装置还包括装置外壳，装置外壳套设于温差发电装置外，装置外壳的材料为泡沫铝合金，装置外壳上开有四个圆形通孔，圆形通孔上敷设有滤网。
按照上述技术方案，温差发电装置包括N型材料和P型材料，N型材料设置于声波共振及电磁发电装置的右侧和下侧，P型材料设置于声波共振及电磁发电装置的左侧和上侧(也可将P型材料和N型材料的位置互换)，N型材料的材质为Bi2Te3-Bi2Se3，P型材料的材质为Bi2Te3-Sb2Te3。
按照上述技术方案，声波共振腔的上端和下端均设有入口通道，声波共振装置包括振膜片和电磁发电装置，振膜片设置于入口通道内，电磁发电装置设置于声波共振腔内，振膜片与电磁发电装置连接。
按照上述技术方案，入口通道的内壁上设有基架，振膜片的两端通过基架固定于入口通道内。
按照上述技术方案，电磁发电装置包括多匝数线圈和永磁铁，多匝数线圈套装于永磁铁上，多匝数线圈的一端与振膜片连接，多匝数线圈的另一端通过导线与电能管理装置的交流输入端连接。
按照上述技术方案，振膜片的材料为硼碳纤维。
按照上述技术方案，电能管理装置内嵌有电力电子变换模块，电磁发电装置通过电力电子变换模块与电能管理装置的直流输入侧连接。
按照上述技术方案，电力电子变换模块包括隔离变压器和四脚整流桥，隔离变压器的一端通过导线与电磁发电装置，隔离变压器的另一端与四脚整流桥的一端连接，四脚整流桥的另一端与电能管理装置连接。
按照上述技术方案，温差发电装置的输出端与四角整流桥的输出端相连。
按照上述技术方案，电能管理装置还包括锂电池充电模块、锂电池和升压输出控制模块，电力电子变换模块通过锂电池充电模块与锂电池的输入端连接，锂电池的输出端与升压输出控制模块连接。
本发明具有以下有益效果：
通过本装置能将一部分的噪声能量转换为电能，供车用电气设备使用，且供电可靠性较高；能够有效降低汽车发动机的总体噪声污染，本装置的结构和物理材料简单，清洁环保。
附图说明
图1是本发明实施例中汽车发动机高效降噪储能装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中温差发电装置的结构示意图；
图3是本发明实施例中声波共振及电磁发电装置的结构示意图；
图4是本发明实施例中电能管理装置的结构示意图；
图中，1-装置外壳，2-滤网，3-温差发电装置，4-声波共振腔，5-基架，6-振膜片，7-多匝数线圈，8-永磁铁，9-电能管理装置，10-隔离变压器，11-四脚整流桥，12-锂电池充电模块，13-升压输出控制模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1～图4所示，本发明提供的一个实施例中的汽车发动机高效降噪储能装置，包括温差发电装置3、声波共振腔4、电磁发电装置和电能管理装置9，温差发电装置3与电能管理装置9的直流输入端连接，声波共振腔4的一端与电磁发电装置的一端连接，电磁发电装置的另一端与电能管理装置9的交流输入端连接，声波共振及电磁发电装置设置于温差发电装置的内腔，温差发电装置的内腔为即为声波共振腔；通过温差发电装置3中温差发电材料的热电效应产生直流电动势对锂电池进行充电，通过声波共振腔集中声波，继而将声波传递给膜片，膜片振动时拉动线圈切割磁感线产生电能，通过控制电力电子变换模块对电能进行变换，然后对充电电池进行充电或直接供电，其结构简单，性能可靠。
进一步地，所述的汽车发动机高效降噪储能装置还包括装置外壳1，装置外壳套设于温差发电装置外，装置外壳的材料为泡沫铝合金，装置外壳上开有四个圆形通孔，装置外壳1的圆形通孔上敷设的滤网2，温差发电装置3、声波共振腔4和电磁发电装置均设置于装置外壳1内。
进一步地，装置外壳1的材料为泡沫铝合金，耐高温，吸音的同时将声能转化为热能，使装置外表温度进一步升高，消除一部分噪音的同时增大装置内外温差，利于温差发电。
进一步地，滤网2可容通电导线通过，也起到阻止汽车发动机周围灰尘进入降噪储能装置的功能。
进一步地，温差发电装置包括N型材料和P型材料，N型材料设置于声波共振及电磁发电装置的右侧和下侧，P型材料设置于声波共振及电磁发电装置的左侧和上侧(也可将P型材料和N型材料的位置互换，P型材料和N型材料对称布置)，温差发电装置3的N型材料的多子(电子)带负电荷，从温度高的装置外部流向温度低的装置内部，P型材料的多子(空穴)带正电荷，亦从温度高的装置外部流向温度低的装置内部；在装置内部形成直流电动势，通过导线将该直流电动势与电能管理装置9的直流输入端相连。
进一步地，温差发电装置3的N型材料为Bi2Te3-Bi2Se3、P型材料为Bi2Te3-Sb2Te3，在300℃以下发电效率高，理想情况下温差电势可达数百mV/K。
进一步地，温差发电装置3形成直流电动势的同时，消耗热能，使温度降低，增大装置内空气密度，噪音传播速度加快，利于噪音发电。
进一步地，声波共振腔的数量为2个，声波共振腔用于放置电磁发电装置，声波共振腔的上端和下端均设有入口通道，声波共振装置包括振膜片和电磁发电装置，振膜片设置于入口通道内，电磁发电装置设置于声波共振腔内，振膜片与电磁发电装置连接，振膜片6为硼碳纤维振膜片，硼碳纤维振膜片6与电磁发电装置连接；声波经入口通道传递给硼碳纤维振膜片6，使之来回振动，电磁发电装置将硼碳纤维振膜片6来回振动的动能转化为电能。
进一步地，入口通道的内壁上设有基架5，硼碳纤维振膜片6的两端通过基架5固定于入口通道内。
进一步地，声波共振腔4的腔体构成Helmholtz共振器，入口通道与Helmholtz共振器的小口连接；Helmholtz共振器通过内部的“共振吸音结构”吸收大部分入口通道传递的声波，将声波传递给硼碳纤维振膜片6并使之来回振动。
进一步地，电磁发电装置包括多匝数线圈7和永磁铁8，多匝数线圈7套装于永磁铁8上，多匝数线圈7的一端与硼碳纤维振膜片6连接，多匝数线圈7的另一端通过导线与电能管理装置9连接；来回振动的硼碳纤维振膜片6使与之相连的多匝数线圈7来回运动切割磁场中的磁感线产生感应电流。电磁发电装置通过导线电连接于电力电子变换模块。
进一步地，所述的振膜片6材料为硼碳纤维，质量轻，强度高。
进一步地，电能管理装置9内嵌有电力电子变换模块，电磁发电装置的另一端通过电力电子变换模块与电能管理装置9连接。
进一步地，电力电子变换模块包括隔离变压器10和四脚整流桥11，隔离变压器10的一端通过导线与电磁发电装置，隔离变压器10的另一端与四脚整流桥11的一端连接，四脚整流桥11的另一端与电能管理装置9连接；隔离变压器10将与之电连接的电磁发电装置发出的交流电和外电路隔离；型四脚整流桥11将隔离变压器10副边的交流电整成直流，电力电子变换模块通过导线电连接于电能管理装置9。
进一步地，温差发电装置3通过导线与四脚整流桥11的输出端，亦即电能管理装置9的直流输入端相连。
进一步地，四脚整流桥11为KBL202型四脚整流桥11。
进一步地，电能管理装置9还包括锂电池充电模块12、锂电池和升压输出控制模块13，电力电子变换模块通过锂电池充电模块12与锂电池的输入端连接，锂电池的输出端与升压输出控制模块13连接；锂电池充电模块12既可以在有噪声时充电，也可以在无噪声时供电；升压输出控制模块13输出车内电气设备所需的直流电。
进一步地，锂电池充电模块12为TP4056型锂电池充电模块12，升压输出控制模块13为FP6276型升压输出控制模块13，所述的锂电池为5V 5AH的可充电锂电池。
进一步地，四脚整流桥11包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4，电能管理装置9还包括电阻R1、电容C1、稳压二极管D5、发光二极管D6、发光二极管D7、电阻R2、Rprog电阻、电容C2、电阻R3、电阻R4、电容C3、电阻R5、电容C4、感应线圈L1、升压输出控制模块13、电阻R6、电阻R7、电容C5和电容C6，二极管D1的正极与二极管D2的负极和隔离变压器10输出侧的一端连接，二极管D4的负极与二极管D3的正极和隔离变压器10输出侧的另一端连接，二极管D1的负极与二极管D3的负极和电阻R1连接，二极管D2的正极与二极管D4的正极、电容C1的一端、稳压二极管D5的正极、Rprog电阻的一端、电阻R4的一端、电容C4的一端和电阻R7的一端连接，电阻R1的另一端与电容C1的另一端、稳压二极管D5的负极、电阻R2的一端、电阻R3的一端和锂电池充电模块12连接，电阻R2的另一端与发光二极管D6的正极和发光二极管D7的正极连接，发光二极管D6的负极、发光二极管D7的负极、电容C2的一端和Rprog电阻的另一端分别与锂电池充电模块12连接，电容C2的另一端与锂电池连接并接地，电容C3的一端与锂电池、感应线圈L1的一端和升压输出控制模块13连接，电容C3的另一端接地，电容C4的另一端与电阻R5连接，电阻R7的另一端与电阻R6的一端和升压输出控制模块13的一端，电阻R6的另一端分别与升压输出控制模块13、电容C5的一端和电容C6的一端连接，升压输出控制模块13与电容C5的另一端和电容C6的另一端连接。
电能管理装置9还包括电能管理装置外壳，其电路部分设置于电能管理装置外壳内。
本发明的工作原理：
结合图1至图3，本发明所述的一种汽车发动机高效降噪储能装置的电能收集部分包括装置外壳1以及装置外壳1上敷设的滤网2，装置外壳1内部设有温差发电装置3、声波共振腔4、电磁发电装置、基架5、设于基架5上的硼碳纤维振膜片6、连接膜片的多匝数线圈7和基架5内的永磁铁8。
更具体而言，温差发电装置3的N型材料的多子(电子)带负电荷，从温度高的装置外部流向温度低的装置内部，P型材料的多子(空穴)带正电荷，亦从温度高的装置外部流向温度低的装置内部，在装置内部形成直流电动势，通过导线将该直流电动势与电能管理装置9的直流输入端亦即四脚整流桥11的输出端相连；声波共振腔4的腔体构成Helmholtz共振器，Helmholtz共振器尤其对某一频率的声波具有较强的吸收能力，其通过内部的“共振吸音结构”吸收大部分装置入口通道传递的声波，将声波传递给设于基架5上的硼碳纤维振膜片6并使之来回振动；来回振动的硼碳纤维振膜片6使与之相连的多匝数线圈7来回运动切割基架5内的永磁铁8所形成磁场中的磁感线产生感应电流。多匝数线圈7通过导线电连接于隔离变压器10。
结合图4，本发明所述的一种汽车发动机高效降噪储能装置的电能管理部分包括电能管理装置外壳，电能管理装置外壳内部设有隔离变压器10、KBL202型四脚整流桥11、TP4056为核心的锂电池充电模块12和FP6276为核心的升压输出控制模块13。隔离变压器10通过导线电连接于KBL202型四脚整流桥11；KBL202型四脚整流桥11通过导线电连接于TP4056为核心的锂电池充电模块12；TP4056为核心的锂电池充电模块12通过导线电连接于FP6276为核心的升压输出控制模块13。
更具体而言，隔离变压器10将与之电连接的电磁发电装置发出的交流电和外电路隔离以增加整个装置运行的安全性；KBL202型四脚整流桥11将隔离变压器10副边的交流电整成直流输送给TP4056为核心的锂电池充电模块12；FP6276为核心的升压输出控制模块13将锂电池提供的电压升高供车载电气设备使用。
本发明工作流程：
汽车发动机启动后，机体温度达到90℃-110℃，还会产生高达140dB以上的噪声；温差发电装置3的N型材料的多子(电子)带负电荷，P型材料的多子(空穴)带正电荷，都从温度高的装置外部流向温度低的装置内部，在装置内部形成直流电动势，通过导线将该直流电动势与电能管理装置9的直流输入端亦即四脚整流桥11的输出端相连对锂电池进行充电；声波共振腔4对扩散的汽车发动机噪音进行有效地吸收，通过内部的“共振吸音结构”将声波传递给硼碳纤维振膜片6并使之来回振动；来回振动的硼碳纤维振膜片6使与之相连的多匝数线圈7来回运动切割磁场中的磁感线产生感应电流；电力电子变换装置将与之电连接的电磁发电装置发出的交流电和外电路隔离，之后通过整流桥将隔离变压器10副边的交流电整成直流；电能管理装置将与之电连接的电能转换装置输出的电流用于对锂电池进行充电。
不论汽车发动机是否启动，是否有噪声产生，在一定时间内，电能管理装置都可以利用锂电池中的电能经升压输出控制模块13对车用电气设备进行供电。
综上所述，本发明公开了一种汽车发动机高效降噪储能装置，属于噪声发电和环保领域。本发明的一种汽车发动机高效降噪储能装置包括温差发电装置3、声波共振腔4、电磁发电装置、电力电子变换装置和电能管理装置。温差发电装置3应用热电效应，利用温差发电材料Bi2Te3-Bi2Se3(N型)和Bi2Te3-Sb2Te3(P型)组合成温差发电器件；声波共振腔4的腔体构成Helmholtz共振器，通过“共振吸音结构”将吸收的声波传递至硼碳纤维振膜片6；电磁发电装置中来回振动的硼碳纤维振膜片6使与之相连的多匝数线圈7来回运动切割磁场中的磁感线产生感应电流；电力电子变换装置对该电流进行变换之后对TP4056为核心的锂电池模块进行充电；电能管理装置中的锂电池输出电压经FP6276为核心的升压输出控制模块13升压后对车载电气设备进行供电。采用上述结构的汽车发动机高效降噪储能装置可以利用13％的发动机总体噪声能量进行发电，同时也减少了汽车发动机的噪声污染。此外，本装置基本采用物理材料，结构简单，清洁环保。
以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种汽车发动机高效降噪储能装置，其特征在于，包括温差发电装置、声波共振及电磁发电装置和电能管理装置，温差发电装置与电能管理装置的直流输入端相连，声波共振及电磁发电装置与电能管理装置的交流输入端连接，声波共振及电磁发电装置设置于温差发电装置的内腔，温差发电装置的内腔为即为声波共振腔。
2.一种汽车发动机高效降噪储能装置，其特征在于，所述的汽车发动机高效降噪储能装置还包括装置外壳，装置外壳套设于温差发电装置外，装置外壳的材料为泡沫铝合金，装置外壳上开有圆形通孔，圆形通孔上敷设有滤网。
3.根据权利要求1所述的汽车发动机高效降噪储能装置，其特征在于，温差发电装置包括N型材料和P型材料，N型材料设置于声波共振及电磁发电装置的右侧和下侧，P型材料设置于声波共振及电磁发电装置的左侧和上侧，N型材料的材质为Bi2Te3-Bi2Se3，P型材料的材质为Bi2Te3-Sb2Te3。
4.根据权利要求1所述的汽车发动机高效降噪储能装置，其特征在于，声波共振腔的上端和下端均设有入口通道，声波共振装置包括振膜片和电磁发电装置，振膜片设置于入口通道内，电磁发电装置设置于声波共振腔内，振膜片与电磁发电装置连接。
5.根据权利要求4所述的汽车发动机高效降噪储能装置，其特征在于，入口通道的内壁上设有基架，振膜片的两端通过基架固定于入口通道内。
6.根据权利要求4所述的汽车发动机高效降噪储能装置，其特征在于，电磁发电装置包括多匝数线圈和永磁铁，多匝数线圈套装于永磁铁上，多匝数线圈的一端与振膜片连接，多匝数线圈的另一端通过导线与电能管理装置的交流输入端连接。
7.根据权利要求4～6中任意一项中所述的汽车发动机高效降噪储能装置，其特征在于，振膜片的材料为硼碳纤维。
8.根据权利要求1所述的汽车发动机高效降噪储能装置，其特征在于，电能管理装置包括电力电子变换模块，电力电子变换模块包括隔离变压器和四脚整流桥，隔离变压器的一端与电磁发电装置相连，隔离变压器的另一端与四脚整流桥的一端连接。
9.根据权利要求8所述的汽车发动机高效降噪储能装置，其特征在于，温差发电装置的输出端与四角整流桥的输出端相连。
10.根据权利要求8所述的汽车发动机高效降噪储能装置，其特征在于，电能管理装置还包括锂电池充电模块、锂电池和升压输出控制模块，电力电子变换模块通过锂电池充电模块与锂电池的输入端连接，锂电池的输出端与升压输出控制模块连接。
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|---|---|---|---|---|
| US20110095655A1 (en) * | 2009-10-26 | 2011-04-28 | Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas | Thermoelectric generator |
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