CN202578859U - 汽车尾气热回收转化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种汽车尾气热回收利用的装置，公开了一种汽车尾气热回收转化装置。包括热动力装置、颗粒储热器以及运动机械能储存与释放装置；热动力装置包括外壳和设置在外壳上的挡板壳，以及传动杆，传动杆上设置有若干转轴，每个转轴上设有若干记忆合金片；挡板壳上设有热源接口和废热出口；颗粒储热器包括箱体、进热口和出热口；汽车尾气排放口与所述的热动力装置上的热源接口相连，废热出口与进热口相连；热动力装置的传动杆与运动机械能储存与释放装置相连。本实用新型通过利用记忆合金的记忆功能，将热能转化为动能输出，结构简单，热能利用率高，产生的能源清洁可再生，对环境的保护以及新能源的开发与利用具有重大意义。

Description

汽车尾气热回收转化装置

技术领域

本实用新型涉及汽车尾气回收利用装置领域，尤其涉及一种汽车尾气热回收转化装置。

背景技术

随着人们生活水平的提高，汽车保有量越来越大，汽车能源消耗在总能源消耗中所占的比例越来越高，汽车节能问题越来越受到关注。目前汽车发动机的能量利用效率普遍比较低，主要原因是汽车发动机内燃机效率不高，发动机在不同的工况下，燃烧有60%-70%能量随尾气与冷却水散发了。据德国一家汽车市场调研机构的预测报道，尽管目前环保已经成为全球热门话题，但是未来全球汽车保有量将继续增长近20%，到2015年全球汽车保有量将从2007年的9.2亿辆增长到11.2亿辆左右。汽车发动机尾气的温度最高可达600°C～800°C，巨大的汽车保有量意味着巨大的能量浪费，所以如何回收这部分热量显得尤为重要。

目前已有部分学者致力于研究如何将汽车尾气能量再次利用，例如专利号为200910067779.8的专利公开了一种利用汽车尾气能量的汽车空调系统，但是现有技术中对汽车尾气能量的利用大都针对汽车的能量需求，在使用汽车的过程中，将尾气能量直接传输给其他耗能单位，现采现用，例如直接用于汽车空调、保温箱等，容易出现热能供给与需求失配的矛盾，汽车尾气能量无法储存，无法脱离汽车实现它的价值，也无法给汽车提供动力。

申请人申请的专利号为201120366715.0的实用新型专利，公开了一种能够将热能转化为动能的动力装置，但是，该装置中的合金板采用单片结构，吸收的热能有限，无法达到汽车行驶的动力要求。

申请人授权专利200810163239.5号实用新型专利，公开了一种利用平面蜗卷弹簧来实现对运动机械能储存和平滑释放的节能提升装置，可以有效实现机械能(重力势能)到机械能(旋转动能)的转换，其高效节能、结构简单、成本低廉，用平面蜗卷弹簧方式收集、储存、释放机械能的能量利用率高于90%。该运动机械能储存与释放装置同样可以运用到机动车能量回收利用领域。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中石油等传统能源的短缺，对环境的污染严重，而现有的汽车尾气利用装置无法储存尾气能量，无法将热能转化为汽车动力等缺点，提供了一种通过利用记忆合金的记忆功能，和高比热容物质的储热功能，储存汽车尾气中的热能，并将其转化为动能的汽车尾气热回收转化装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决：

一种汽车尾气热回收转化装置，包括热动力装置、颗粒储热器以及运动机械能储存与释放装置；所述的热动力装置包括外壳和设置在外壳上的挡板壳，以及设置在外壳内的传动杆，所述的传动杆上设置有若干转轴，所述每个转轴上设有若干记忆合金片；所述的挡板壳上设有热源接口和废热出口；所述的颗粒储热器包括箱体和设置在箱体上的进热口和出热口；

汽车尾气排放口与所述的热动力装置上的热源接口相连，所述的废热出口与颗粒储热器的进热口相连，颗粒储热器的出热口可以连接用热设备或环境；热动力装置的传动杆与运动机械能储存与释放装置相连。

600~800˚C汽车尾气通过热源接口进入热动力装置，通过热动力装置中记忆合金片的受热形变转化为动能，给汽车提供动力动力，失去部分热量的汽车尾气温度降低到300˚C左右，再通过进热口进入颗粒储热器，颗粒储热器吸收汽车尾气的余热进行储能，经过再次降温的汽车尾气从出热口排出。热动力装置的传动杆与运动机械能储存与释放装置相连，由运动机械能储存与释放装置储存热动力装置产生的动能，并在需要的时候为汽车提供动力。

作为优选，所述颗粒储热器与热动力装置之间，设有转换通道，当发动机停止或动力不足时，开启转换通道，利用颗粒储热器储存的热能进行热动力转化，通过运动机械能储存与释放装置为机动车提供动力。

作为优选，所述记忆合金片为一面板，经过逆时针旋转大于或等于90°折弯后形成第一弯折面板与第二弯折面板，第二弯折面板再经过顺时针旋转大于或等于90°折弯后形成第三弯折面板，折弯完成后的记忆合金片的第一弯折面板与第三弯折面板所在的平面互相平行。

作为优选，所述的记忆合金片与转轴固定连接，记忆合金片的第一弯折面板与转轴轴向投影所成的圆相切；所述的记忆合金片为四片或四片以上，以转轴的几何中心为圆心均匀分布在转轴上。

记忆合金片为记忆合金，且通过两次折叠，因此在受热后记忆合金片会产生形变伸直展开，记忆合金片与转轴相切并固定连接，因此当记忆合金片受热伸展开时便会作用在挡板壳上，挡板壳受到记忆合金片的挤压后给记忆合金片一个反作用力，从而产生力矩，若干个记忆合金片先后作用时，便会由量变产生质变，从而推动记忆合金片带动转轴转动。

作为优选，所述的热动力装置的侧剖面为梯形结构，所述的挡板壳上设有热源接口的一面面积小于设有废热出口的一面面积；所述转轴上设有的记忆合金片的长度为：靠热源接口的记忆合金片短于靠近废热出口的记忆合金片。

热动力装置的热源接口一端通入的热量较大，面积较小，以适应设置的较短的记忆合金片，记忆合金片在受热强度大的情况下发生形变，带动转轴转动；随着热能的损耗，通入本装置中愈靠近废热出口的一端热能愈小，较小的热量使记忆合金片的形变也较小，这时将装置的横截面扩大，相适应的设置较长的记忆合金片，较长的记忆合金片受热面积加大，在受到相对较小热能的时候也能发生较大形变，从而产生较大动能，带动转轴转动，进而带动传动杆转动。

作为优选，所述的外壳的上部为与受热膨胀后的记忆合金片接触的挡板壳，外壳的下部为装有冷却液的溶液壳。记忆合金在外力作用下会产生变形，当把外力去掉，在一定的温度条件下，能恢复原来的形状，且具有百万次以上的恢复功能。所述的记忆合金片经过冷却液的冷却，恢复到发生形变前的长度，受到转轴的带动，再次受热，发生形变，推动转轴转动，形成良性循环。

作为优选，所述记忆合金片弯折时的径向长度小于挡板壳到转轴之间的距离，记忆合金片受热伸展后的径向长度大于挡板壳到转轴之间的距离；溶液壳的深度大于记忆合金片受热伸展后的径向长度。

热通过热源接口进入外壳内，并射在壳体内的记忆合金片上，从而使得记忆合金片受热伸展开来，合金受到挡板壳的挤压发生弹性形变，进而推动转轴转动。溶液壳的深度大于记忆合金片受热伸展后的径向长度，因此，记忆合金片可以完全浸没在溶液壳内，不会与溶液壳内壁接触。

作为优选，所述的箱体中带有若干储热球，所述的储热球为空心球体，分为壳体和内芯，内芯注有高比热容物质，通过高比热容物质吸热放热时的液体-气体-液体转化储热放热。带有高热量的尾气从进热口进入颗粒储热器，从储热球的缝隙中通过，进而从出热口释放到大气中；由于储热球内存有高比热容物质，通过升高温度吸收大量热量将尾气中的热能带走，并储存在储热球中，从而达到储存热能的目的。

作为优选，所述的箱体为双层结构，内层采用导热率很小的PP塑料材质，外层为不锈钢，所述的箱体双层结构的内外壁间设置有绝热层，所述的绝热层采用超细玻璃棉作为保温材料。PP塑料密度小，强度刚度硬度耐热性均优于低压聚乙烯，可以有效地防止热量的损失；超细玻璃棉绝热材料具有容重轻、导热系数小、吸收系数大、阻燃性能好等特点。保温、隔热、隔音效果明显。

作为优选，所述的进热口和出热口分别设置在箱体的两个侧面；所述的进热口位于箱体的下半部分，所述的出热口位于箱体的上半部分；所述的进热口和出热口上分别设有保温盖。进热口出热口设置在两个侧面上，且进热口在下，出热口在上，使尾气能够在颗粒储热器内充分流转，提高储热球吸热效率。

本实用新型通过利用记忆合金的记忆功能，和高比热容物质的储热功能，储存汽车尾气中的热能，并将热能转化为动能输出，本装置的结构简单，单位面积热能利用率高，产生的能源清洁可再生，储存的热能可以集中或转移使用，对环境的保护以及新能源的开发与利用具有重大意义。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构流程图；

图2为热动力装置的正面结构示意图；

图3为热动力装置的侧面结构示意图

图4为颗粒储热器的结构示意图；

图5为颗粒储热器的储热球结构示意图；

其中：1—热动力装置、2—运动机械能储存与释放装置、4—记忆合金片、41—第一弯折面板、42—第二弯折面板、33—第三弯折面板、5—挡板壳、6—外壳、7—转轴、8—传动杆、11—冷却液、12—溶液壳、13—棘齿、51—热源接口、52—废热出口、R1—挡板壳上带有热源接口的半边半径、R2—挡板壳上没有热源照射的半边半径；

3—颗粒储热器、31—箱体、32—进热口、33—出热口、34—储热球、341—壳体、342—内芯、8—保温盖、9—绝热层；

10-转换通道。

具体实施方式

下面结合图1与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

汽车尾气热回收转化装置，如图1所示，包括热动力装置1和颗粒储热器3，所述的热动力装置3包括外壳6和设置在外壳6上的挡板壳5，以及设置在外壳6内的转轴7，所述的转轴7上设有若干记忆合金片4；所述的挡板壳5上设有热源接口51和废热出口52；所述的颗粒储热器3包括箱体31和设置在箱体31上的进热口32和出热口333；汽车尾气排放口与所述的热动力装置1上的热源接口51相连，所述的废热出口52与颗粒储热器3的进热口32相连，颗粒储热器3的出热口33可以连接用热设备或环境；热动力装置1的传动杆8与运动机械能储存与释放装置2相连。

所述的热能动力装置1，是一种通过利用记忆合金的记忆功能，将热能转化为动能输出，具有结构简单，提高转化为效率等优点的热能到动力转化装置。其实施例如图2、图3所示。

热能动力装置1，包括外壳6和设置在外壳6上的挡板壳5，以及设置在外壳6内的转轴7，所述的转轴7上设有八片记忆合金片4；所述的挡板壳5上设有热源接口51和废热出口52。外壳6上设有具有锁止功能的棘齿13，因此记忆合金片4只能够顺时针旋转；当记忆合金片4通过热源接口51受热发生形变伸展后，推动转轴7顺时针旋转，而转轴7顺时针旋转时又会带动设置在转轴7上的记忆合金片4跟着同步顺时针旋转，这样，整个热能动力装置就转动起来了。

由于记忆合金片4为片状记忆合金，受热面积有限，热能损耗后再进行照射时，记忆合金片4的伸展形变小，热能利用率低。本实用新型为解决这一问题，将热动力装置1的侧剖面设置为梯形结构，所述的挡板壳上5设有热源接口51的一面面积小于设有废热出口52的一面面积；所述转轴8上设有的记忆合金片4的长度为：靠近热源接口51的记忆合金片4短于靠近废热出口52的记忆合金片4。

热动力装置1的进热口即热源接口51一端通入的热量较大，面积较小，以适应设置的较短的记忆合金片4，记忆合金片4在受热强度大的情况下发生形变，带动转轴8转动；随着热能的损耗，通入本装置中愈靠近废热出口52的一端热能愈小，较小的热量使记忆合金片4的形变也交小，这时将装置的横截面扩大，相适应的设置较长的记忆合金片4，较长的记忆合金片4受热面积加大，在受到相对较小热能的时候也能发生较大形变，从而产生较大动能，带动转轴2转动，进而带动传动杆4转动。当记忆合金片4依次接收到热源接口51释放的热时，记忆合金片4受热伸展，发生形变，产生更大的动能；同时，当记忆合金片4运动到溶液壳12接触到冷却液11时也能够迅速释放记忆合金片4的热量，使记忆合金片4恢复到原来状态。

记忆合金片4为一面板，经过逆时针旋转120°折弯后形成第一弯折面板41与第二弯折面板42，第二弯折面板42再经过顺时针旋转120°折弯后形成第三弯折面板43，折弯完成后的记忆合金片4的第一弯折面板41与第三弯折面板43所在的平面互相平行。

记忆合金片4与转轴7固定连接，八片记忆合金片4以转轴7的几何中心为圆心均匀分布在转轴7上。记忆合金片4的第一弯折面板41与转轴7轴向投影所成的圆相切。记忆合金片4在热后会发生形变，处于伸展状态，记忆合金片4在伸展开的过程中受到外壳6上部的挡板壳5阻挡并作用在挡板壳5上，同时挡板壳5给记忆合金片4一个推动记忆合金片4转动的反作用力，从而产生力矩，由于记忆合金片4与转轴7相切且固定连接，八个记忆合金片4先后作用，便会由量变产生质变，带动转轴7转动。

所述的棘齿13设置在挡板壳5的内壁中部，记忆合金片4弯折时的径向长度小于挡板壳5到转轴7之间的距离，记忆合金片4受热伸展后的径向长度大于挡板壳5到转轴7之间的距离；溶液壳12的深度大于记忆合金片4受热伸展后的径向长度。棘齿13设置在挡板壳5的内壁上，热通过挡板壳5射入外壳6内，并照射在记忆合金片4上，从而使得记忆合金片4受热伸展开来，进而推动转轴7转动。

外壳6的上部为与受热膨胀后的记忆合金片4接触的挡板壳5，外壳6的下部为装有冷却液11的溶液壳12。记忆合金片4在旋转至外壳6的下半部分时，与溶液壳12内的冷却液11接触，记忆合金片4和集热片44通过冷却液11的冷却降温，记忆合金片4恢复原来的形态。所述的记忆合金片4为记忆合金，例如：可以为钛－镍合金。记忆合金在外力作用下会产生变形，当把外力去掉，在一定的温度条件下，能恢复原来的形状，且具有百万次以上的恢复功能。所述的记忆合金片4经过冷却液11的冷却，恢复到发生形变前的长度，受到转轴7的带动，再次受热，发生形变，推动转轴7转动，形成良性循环。

所述的挡板壳5上没有热源照射的半边半径R2大于或等于挡板壳上带有热源接口的半边半径R1。由于记忆合金片4受热发生伸展后与挡板壳5接触，在发生形变的同时也受到挡板壳5的阻力作用，为减少阻力，本实施例中将没有热源照射的半边半径增大。

热源接口51传入热能，记忆合金片4在集热片44的作用下会因受热而膨胀，膨胀后记忆合金片4势必会伸长，从而挤压到金属外壳6，因为金属外壳6由异常坚硬金属制造，不会因为挤压而变形。相反，其会给记忆合金片4一个反作用力，这个反作用力会通过记忆合金片4作用在转轴7上，从而转轴7的旋转。因为金属外壳6的结构是一个上半部半径小，下半部半径大的装置，当记忆合金片4旋转到底部的时候，就会浸入金属冷却液11中，从而记忆合金片4收缩，为第二次的受热膨胀做好准备。这样在有热的情况下，记忆合金片4带动转轴7源源不断的旋转，为转轴7带来源源不断的动力。

所述的颗粒储热器3是一种通过利用高比热容物质的储热功能，将尾气能量收集并储存的热能储存装置。其实施例如图4、图5所示。

颗粒储热器3，包括箱体31和设置在箱体31上的进热口32和出热口33，所述的箱体31中带有若干储热球34，所述的储热球34为空心球体，分为壳体341和内芯342，内芯342注有高比热容物质。

所述的箱体31采用导热率很小的PP塑料材质，并设计为双层结构。所述的箱体31双层结构的内外壁间设置有绝热层9，所述的绝热层9采用超细玻璃棉作为保温材料。PP塑料密度小，强度刚度硬度耐热性均优于低压聚乙烯，可以有效地防止热量的丧失；双层结构更利于保温。超细玻璃棉绝热材料是以石英砂、长石、硅酸钠、硼酸等为主要原料，经过高温熔化制得小于2um的纤维棉状，再添加热固型树脂粘合剂加压高温定型制造出各种形状、规格的板、毡、管材制品。具有容重轻、导热系数小、吸收系数大、阻燃性能好等特点。保温、隔热、隔音效果明显。

为了使尾气能够在颗粒储热器内充分流转，提高储热球吸热效率，所述的进热口32和出热口33分别设置在了箱体31的两个侧面。进热口32位于箱体31的下半部分，出热口33位于箱体31的上半部分。同时，在所述的进热口32和出热口33上分别设有保温盖8。当颗粒储热器储存热量后，在与尾气接口断开后盖上保温盖，防止储存的热量流失。

所述的储热球34，其壳体341采用钢或玻璃材质，内芯342内注有高比热容的氢或水343。采用钢或玻璃壳体341以及氢或水的内芯342，是为了在保证储热球34有足够强度的同时，有更大储存热量的能力。

所述颗粒储热器3与热动力装置1之间，设有转换通道10，当发动机停止或动力不足时，开启转换通道10，利用颗粒储热器3储存的热能进行热动力转化，通过运动机械能储存与释放装置2为机动车提供动力。

当汽车开动时，600~800˚C汽车尾气通过热源接口51进入热动力装置1，通过热动力装置1中记忆合金片4的受热形变转化为动能，给汽车提供动力动力，失去部分热量的汽车尾气温度降低到300˚C左右，再通过进热口32进入颗粒储热器3，颗粒储热器3吸收汽车尾气的余热进行储能，经过再次降温的汽车尾气从出热口333排出。热动力装置1的传动杆8与运动机械能储存与释放装置2相连，由运动机械能储存与释放装置2储存热动力装置1产生的动能；当机动车发动机无法工作时，开启转换通道10，利用颗粒储热器3储存的热能进行热动力转化，通过运动机械能储存与释放装置2为机动车提供动力。

本实用新型通过利用记忆合金的记忆功能，和高比热容物质的储热功能，储存汽车尾气中的热能，并将热能转化为动能输出，本装置的结构简单，单位面积热能利用率高，产生的能源清洁可再生，储存的热能可以集中或转移使用，对环境的保护以及新能源的开发与利用具有重大意义。

总之，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本实用新型专利的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种汽车尾气热回收转化装置，包括热动力装置（1）、颗粒储热器（3）以及运动机械能储存与释放装置（2）；

所述的热动力装置（1）包括外壳（6）和设置在外壳（6）上的挡板壳（5），以及设置在外壳（6）内的传动杆（8），所述的传动杆（8）上设置有若干转轴（7），所述每个转轴（8）上设有若干记忆合金片（4）；所述的挡板壳（5）上设有热源接口（51）和废热出口（52）；

所述的颗粒储热器（3）包括箱体（31）和设置在箱体（31）上的进热口（32）和出热口（33）；

其特征在于：汽车尾气排放口与所述的热动力装置（2）上的热源接口（51）相连，所述的废热出口（52）与颗粒储热器（3）的进热口（32）相连，颗粒储热器（3）的出热口（33）可以连接用热设备或环境；热动力装置（2）的传动杆（8）与运动机械能储存与释放装置（2）相连。

2.根据权利要求1所述的汽车尾气热回收转化装置，其特征在于：所述颗粒储热器（3）与热动力装置（1）之间，设有转换通道（10），当发动机停止或动力不足时，开启转换通道（10），利用颗粒储热器（3）储存的热能进行热动力转化，通过运动机械能储存与释放装置（2）为机动车提供动力。

3.根据权利要求1所述的汽车尾气热回收转化装置，其特征在于：所述记忆合金片（4）为一面板，经过逆时针旋转大于或等于90°折弯后形成第一弯折面板（41）与第二弯折面板（42），第二弯折面板（42）再经过顺时针旋转大于或等于90°折弯后形成第三弯折面板（43），折弯完成后的记忆合金片（4）的第一弯折面板（41）与第三弯折面板（43）所在的平面互相平行。

4.根据权利要求2所述的汽车尾气热回收转化装置，其特征在于：所述的记忆合金片（4）与转轴（7）固定连接，记忆合金片（4）的第一弯折面板（41）与转轴（7）轴向投影所成的圆相切；所述的记忆合金片（4）为四片或四片以上，以转轴（7）的几何中心为圆心均匀分布在转轴（7）上。

5.根据权利要求1所述的汽车尾气热回收转化装置，其特征在于：所述的热动力装置（1）的侧剖面为梯形结构，所述的挡板壳（5）上设有热源接口（51）的一面面积小于设有废热出口（52）的一面面积；所述转轴（7）上设有的记忆合金片（4）的长度为：靠热源接口（51）的记忆合金片（4）短于靠近废热出口（52）的记忆合金片（4）。

6.根据权利要求1所述的汽车尾气热回收转化装置，其特征在于：所述的外壳（6）的上部为与受热膨胀后的记忆合金片（4）接触的挡板壳（5），外壳（6）的下部为装有冷却液（11）的溶液壳（12）。

7.根据权利要求1所述的汽车尾气热回收转化装置，其特征在于：所述记忆合金片（4）弯折时的径向长度小于挡板壳（5）到转轴（7）之间的距离，记忆合金片（4）受热伸展后的径向长度大于挡板壳（5）到转轴（7）之间的距离；溶液壳（12）的深度大于记忆合金片（4）受热伸展后的径向长度。

8.根据权利要求1所述的汽车尾气热回收转化装置，其特征在于：所述的箱体（31）中带有若干储热球（34），所述的储热球（34）为空心球体，分为壳体（341）和内芯（342），内芯（342）注有高比热容物质。

9.根据权利要求6所述的汽车尾气热回收转化装置，其特征在于：所述的箱体（31）为双层结构，内层采用导热率很小的PP塑料材质，外层为不锈钢，所述的箱体（31）双层结构的内外壁间设置有绝热层（9），所述的绝热层（9）采用超细玻璃棉作为保温材料。

10.根据权利要求1所述的汽车尾气热回收转化装置，其特征在于：所述的进热口（32）和出热口（33）分别设置在箱体（31）的两个侧面；所述的进热口（32）位于箱体（31）的下半部分，所述的出热口（33）位于箱体（31）的上半部分；所述的进热口（32）和出热口（33）上分别设有保温盖。

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