CN113107658A - 一种结合尾气余热温差与尾气自驱动运动的集成式发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种结合尾气余热温差与尾气自驱动运动的集成式发电装置，包括：外管道；内管道，其同轴设置在所述外管道的内部，且所述内管道与所述尾气管道相连接；中管道，其设置在所述内管道与外管道之间，且所述中管道将所述内管道与外管道之间分隔为依次间隔设置的多个第一容纳腔和多个第二容纳腔；相变材料，其设置在所述多个第一容纳腔中；多个热电元件，其设置在所述第二容纳腔中的中管道上；轴，其同轴固定设置在所述内管道中，且所述轴上设置有磁铁；转筒，其可转动的套设在所述轴的外侧，且所述转筒内部设置有线圈；多个叶片，其为螺旋形结构，且所述多个叶片间隔设置在所述转筒的外侧。本发明具有发电稳定高效的特点。
Description
技术领域
本发明涉及车辆尾气能量回收技术领域，更具体的是，本发明涉及一种结合尾气余热温差与尾气自驱动运动的集成式发电装置。
背景技术
随着汽车电子化进程，汽车上电子产品不断增加，用电负载不断变大，对电能需求越来越多，依赖性也越来越强，然而汽车发电系统效率非常低。
与此同时，在汽车发动机工作过程中，燃料燃烧所产生的化学能中约40％随着汽车尾气废热浪费掉，也造成大量能量损失。热电发电技术即可以回收汽车尾气废热，又能为汽车电力系统提供电能，是解决以上系列能耗问题有效途径之一。
现有的汽车尾气发电装置，其存在的问题和缺陷主要有：传统的热电装置中，汽车尾气气流流速较快，尾气气流温度传递给热电元件达到热电装置发电所需温度存在较长反应时间，不能够将这部分余热回收利用，产生浪费；当汽车发动机工作时间短暂急促时，排放尾气量不足以达到发电所需温度，且不能给予发电装置以稳定温差，发电效率低。
汽车尾气在排气管内高速、高压流动时具有较高动能，在不影响发动机排气压力与动力性能的前提下，应充分实现汽车尾气动能的有效利用，以及将其机械能转换为电能的创新应用，在提升发电效率的同时避免汽车尾气动能的浪费。
发明内容
本发明的目的是设计开发了一种结合尾气余热温差与尾气自驱动运动的集成式发电装置，通过相变材料和热电元件的结合，可将尾气热量进行温差发电，并通过转筒带动发电模组，可将尾气运动动能转换成电能进行储存，保证稳定发电的基础上实现能量的回收利用。
本发明提供的技术方案为：
一种结合尾气余热温差与尾气自驱动运动的集成式发电装置，包括：
外管道；以及
内管道，其同轴设置在所述外管道的内部，且所述内管道与所述尾气管道相连接；
中管道，其设置在所述内管道与外管道之间，且所述中管道将所述内管道与外管道之间分隔为依次间隔设置的多个第一容纳腔和多个第二容纳腔；
相变材料，其设置在所述多个第一容纳腔中；
多个热电元件，其设置在所述第二容纳腔中的中管道上；
轴，其同轴固定设置在所述内管道中，且所述轴上设置有磁铁；
转筒，其可转动的套设在所述轴的外侧，且所述转筒内部设置有线圈；
多个叶片，其为螺旋形结构，且所述多个叶片间隔设置在所述转筒的外侧。
优选的是，还包括：
多个卡槽，其设置与设置在中管道上；
其中，所述多个热电元件一一对应的设置在所述多个卡槽中。
优选的是，还包括：
两个法兰盘，其分别固定在所述内管道的两端；
其中，所述外管道的两端与所述两个法兰盘相连接，所述轴固定在所述两个法兰盘之间。
优选的是，还包括：
挡环，其设置在所述转筒的两端，用于限制所述转筒的横向位移。
优选的是，还包括：
储电池，其与所述多个热电元件和线圈相连接。
优选的是，所述多个热电元件之间设置有隔热材料。
优选的是，所述第一容纳腔和第二容纳腔均为三角形。
优选的是，所述相变材料为无机相变材料。
本发明所述的有益效果：
(1)、本发明设计开发的一种结合尾气余热温差与尾气自驱动运动的集成式发电装置，采用了新式管道结构，其多边形的结构能够使安装的热电元件数量最大化，从而提升了废气回收发电的总效率。
(2)、本发明设计开发的结合尾气余热温差与尾气自驱动运动的集成式发电装置，采用了相变储热材料与新式管道结构相结合，管道内部三角形结构能够储存相变储热材料，使得尾气流经时能够快速升温将温度传递给热电元件高温面，并保持热电元件高温面温度稳定，且能够储存热量，在尾气停止排放时仍具备热量，使发电装置仍能工作一段时间。
(3)、本发明设计开发的结合尾气余热温差与尾气自驱动运动的集成式发电装置，采用自驱动运动转换发电装置，尾气气流转换结构在尾气运动驱动作用下快速转动，其结构机械运动旋转动能传递至发电组件，驱动发电组件工作发电。
附图说明
图1为本发明所述结合尾气余热温差与尾气自驱动运动的集成式发电装置的整体结构示意图。
图2为本发明所述结合尾气余热温差与尾气自驱动运动的集成式发电装置的主视结构示意图。
图3为本发明所述排气管道的横截面结构示意图。
图4为本发明所述图4中A部分的结构示意图。
图5为本发明所述结合尾气余热温差与尾气自驱动运动的集成式发电装置的剖面结构示意图。
图6为本发明所述转动结构发电组件定子的结构示意图。
图7为本发明所述转筒的装配结构示意图。
图8为本发明所述转筒的横截面结构示意图。
图9为本发明所述转动结构的剖面结构示意图。
图10为本发明所述热电元件与隔热材料的结构示意图。
具体实施方式
下面结合对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1、图2所示，本发明提供的一种结合尾气余热温差与尾气自驱动运动的集成式发电装置包括：尾气余热温差发电部和尾气自驱动运动发电部；所述余热温差发电部包括排气管道和两个法兰盘110，其中，所述两个法兰盘110设置在所述排气管道两端，所述排气管道通过两个法兰盘110与尾气管道连接。
如图3所示，所述排气管道包括：外管道101、中管道102和内管道103，所述内管道103同轴设置在所述外管道101的内部，如图5所示，所述内管道103延伸部分连接法兰盘110，所述法兰盘110上有八个螺栓孔，内管道103与法兰盘110通过螺栓连接；中管道102设置在所述内管道与外管道之间，中管道102内轮廓形成十个下三角形空隙(第一容纳腔)，内接轮廓为圆形内管道103，每个三角形空隙与内管道103所形成的空间由密封件密封，具有良好的封闭密封性，外接轮廓为圆形的外管道101，中管道102外轮廓为二十边形，中管道102与所述外管道101之间形成上三角形空隙(第二容纳腔)，相变材料填充在下三角形空隙中，在本实施例中，所述相变材料选用无机相变材料，其性能优越，适合填充在空隙中；如图4所示，所述中管道102在第二容纳腔一侧的每一条边上有卡槽104，热电元件140安装在卡槽104上，可以在不影响热量传递的情况下最大限度的安装热电元件140，如图10所示，所述的多个热电元件140间隔填充隔热材料141，热电元件140与中管道102接触面为高温面，低温面温度为正常室温，从而使热电元件140两个面之间存在温差，根据塞贝克效应，即由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象，由此产生电流，通过最大限度的安装热电元件的数量，从而提高热量的回收发电效率，所述热电元件140通过导线与储电池相连接，电流传递到储电池中。
高温气体流经排气管道的内腔时，热量会从内腔传递给内管道103，内管道103传递给相变材料，当温度超过相变材料相变时的临界温度时，相变材料就会发生相变，储存大量的热量，且相变材料具有快速储热特点，其形成的稳定温度界面具备均匀放热的特性，可将热量传递给外管道101，保持热电元件140高温面温度稳定，从而保证热电元件140发电温差均匀，保证发电效率。
所述法兰盘110中部有十字形状孔，所述轴121通过螺纹与所述十字形状孔相连接，且通过螺母固定；所述轴121连接尾气自驱动运动发电部，所述的轴121上连接有轴承。
如图5所示，所述转动结构130通过轴121安置于内腔中，所述转动结构130包括：6个叶片131、转筒132、线圈133、磁铁122和挡环134，在转动结构130内部有一小型发电组件，如图6所示，所述磁铁122固定在所述轴121上，通过螺母定位，是发电机的定子部分；如图9所示，所述转筒132可转动的套设在所述轴121的外侧，如图8所示，所述转筒132内部设置有线圈133，是发电机的转子部分，线圈133将磁铁122环绕在内部；如图7所示，6个叶片131为螺旋形结构，且所述6个叶片131间隔设置在所述转筒132的外侧。
气流通过转动结构130时，气流通过螺旋叶片131带动转筒132向气流运动方向移动，由于挡环134与轴承的作用，转筒132不会发生横向移动，气流自驱动螺旋叶片131带动转筒132发生转动，转筒132带动线圈133转动，由法拉第电磁感应原理可得，线圈133转动切割由磁铁122产生磁场的磁感线，在线圈133上产生感应电流，通过换向器与电刷及导线，将产生的感应电流传导给储电池，极大的利用了自驱动气流的运动动能，提升了能量的回收效率。
本发明所述的结合尾气余热温差与尾气自驱动运动的集成式发电装置工作时，高温尾气通过尾气管道进入排气管道中，将热量传递给相变材料，相变材料吸收热量并稳定的释放热量，控制热电元件高温面温度保持不变，从而使热电元件两面有较大的稳定温差，根据塞贝克效应，产生电流；同时在高温尾气通过排气管道时，在自驱动运动下带动转筒上叶片的旋转，使转筒内部的线圈发生转动，切割由轴上磁铁布置的磁场的磁感线，根据电磁感应原理，产生电流，产生的电流均储存至储电池中。
本发明设计开发的一种结合尾气余热温差与尾气自驱动运动的集成式发电装置，采用了相变储热材料嵌入新式管道的结构，解决了现有发电装置技术中升温速度慢、温度不能保持均匀稳定等问题；同时，采用了自驱动气流运动转换发电装置，能够将尾气排放时的气流运动转换为电能，实现能量的回收利用，具备广阔的开发前景和推广前景。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。
Claims (8)
1.一种结合尾气余热温差与尾气自驱动运动的集成式发电装置，其特征在于，包括：
外管道；以及
内管道，其同轴设置在所述外管道的内部，且所述内管道与所述尾气管道相连接；
中管道，其设置在所述内管道与外管道之间，且所述中管道将所述内管道与外管道之间分隔为依次间隔设置的多个第一容纳腔和多个第二容纳腔；
相变材料，其设置在所述多个第一容纳腔中；
多个热电元件，其设置在所述第二容纳腔中的中管道上；
轴，其同轴固定设置在所述内管道中，且所述轴上设置有磁铁；
转筒，其可转动的套设在所述轴的外侧，且所述转筒内部设置有线圈；
多个叶片，其为螺旋形结构，且所述多个叶片间隔设置在所述转筒的外侧。
2.如权利要求1所述的结合尾气余热温差与尾气自驱动运动的集成式发电装置，其特征在于，还包括：
多个卡槽，其设置与设置在中管道上；
其中，所述多个热电元件一一对应的设置在所述多个卡槽中。
3.如权利要求2所述的结合尾气余热温差与尾气自驱动运动的集成式发电装置，其特征在于，还包括：
两个法兰盘，其分别固定在所述内管道的两端；
其中，所述外管道的两端与所述两个法兰盘相连接，所述轴固定在所述两个法兰盘之间。
4.如权利要求3所述的结合尾气余热温差与尾气自驱动运动的集成式发电装置，其特征在于，还包括：
挡环，其设置在所述转筒的两端，用于限制所述转筒的横向位移。
5.如权利要求4所述的结合尾气余热温差与尾气自驱动运动的集成式发电装置，其特征在于，还包括：
储电池，其与所述多个热电元件和线圈相连接。
6.如权利要求5所述的结合尾气余热温差与尾气自驱动运动的集成式发电装置，其特征在于，所述多个热电元件之间设置有隔热材料。
7.如权利要求6所述的结合尾气余热温差与尾气自驱动运动的集成式发电装置，其特征在于，所述第一容纳腔和第二容纳腔均为三角形。
8.如权利要求6所述的结合尾气余热温差与尾气自驱动运动的集成式发电装置，其特征在于，所述相变材料为无机相变材料。
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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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