专利名称：汽车尾气余热发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车尾气的回收利用技术，特别涉及一种汽车尾气余热发电系统。
背景技术：
在汽车使用中，汽车发动机作为汽车的心脏，是汽车动力的来源，也是燃料的直接 消耗者，但目前，多数汽车发动机的热效率很低(20% -30% )，而发动机产生的热量绝大部 分以汽车尾气余热的形式直接排放到大气中，这样，一方面造成了大量的热量散失，另一方 面给目前本来就很严峻的气候越来越大的压力。近年来，国家一直提倡要构建节能减排社 会，这些热效率较低的汽车与构建节能减排社会也就背道而驰，而目前尚没有一个有效的 利用汽车尾气余热发电的系统。因此，若能将汽车尾气中的这部分能量回收利用起来，定会 带来可观的经济效益和良好的社会效益，并有效缓解日益严重的能源与环境问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种汽车尾气余热发电系统，该系 统能很好地利用汽车尾气的余热进行发电，有效回收汽车尾气中的热量，也减少汽车尾气 对空气的污染。本发明通过以下技术方案实现一种汽车尾气余热发电系统，包括相连接的热气 机单元和飞轮电池单元，所述热气机单元包括冷却腔、膨胀腔、回热器、水冷换热器、加热气 管和机械功输出轴，冷却腔和膨胀腔分别设于机械功输出轴的两端，冷却腔和膨胀腔内部 分别通过转子将冷却腔和膨胀腔各分成3个独立的气腔，冷却腔和膨胀腔中相应的两个气 腔之间通过水冷换热器和回热器相连接，按照气流方向，膨胀腔、回热器、水冷换热器和冷 却腔依次连接，加热气管与膨胀腔连接，膨胀腔内每个独立的气腔对应一束加热气管；所述 飞轮电池单元包括转动轴、轴承、飞轮转子、定子线圈和电池外壳，转动轴与机械功输出轴 连接，转动轴两端分别设置轴承，定子线圈设于转动轴中部，定子线圈两侧分别设有飞轮转 子，各飞轮转子与定子线圈靠近的一侧设有永磁体，转动轴、轴承、飞轮转子和定子线圈分 别设于电池外壳内。所述冷却腔或膨胀腔内，在转子与其腔壁的相接处分别设有气口，该气口可作为 腔中气体循环流动完成热力学循环的通道。所述热气机单元中，三组相连接的回热器和冷水换热器绕机械功输出轴的轴线均 勻分布，一组相连接的回热器和冷水换热器对应冷却腔或膨胀腔内一个独立的气腔，也就 是说，热气机单元中实质上有三个独立的系统；其中，各回热器相当于一个储能器，当气体 从膨胀腔流向冷却腔时，回热器吸收气体热量使气体温度降低，当气体从冷却腔流向膨胀 腔时，回热器释放热量使气体温度升高。所述热气机单元中，各水冷换热器分别置于汽车的冷却箱内。所述飞轮电池单元中，轴承为磁悬浮高速轴承，飞轮转子为飞轮_永磁体一体化 的结构，其中永磁体为耐高温的高性能烧结钕铁硼，永磁体的工作温度< 180°C。
所述飞轮电池单元中，转动轴上还设有用于检测飞轮转子运动位置的位置传感 器，传感器实时监测飞轮转子在运动过程中的位置后，将其位置信号转换为电信号，然后通 过其外接的控制系统对该电信号进行控制，从而保证定子线圈中各相绕组的正确换向。本发明的汽车尾气余热发电系统使用时，其能量转化过程为热能一机械 能一电能；具体为热气机单元内，汽车尾气通过加热气管对膨胀腔进行加热，使膨胀腔 内得到高温高压气体，高温高压气体膨胀进入回热器，经回热器进行热量储存后，进入水冷 换热器进行冷却，最后进入冷却腔进行压缩，该过程中气体驱动膨胀腔和冷却腔内的转子 运动，从而带动机械功输出轴转动，实现热能和机械能的转化；飞轮电池单元内，机械功输 出轴的转动驱动转动轴转动，带动飞轮转子转动，通过飞轮转子上永磁体与定子线圈的电 磁感应进行发电，实现机械能和电能之间的转化。该系统中，当汽车无尾气排出时，冷却腔 内气体通过冷水换热器和回热器回流至膨胀腔，气体经过回热器时吸收热量，使系统内保 持气压平衡。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果本发明的汽车尾气余热发电系统能有效解决汽车尾气直接排放所造成的大量热 散失的问题，在大范围提高汽车热效率、使汽车达到节能减排目的的同时，也减少了大量 废气的排放，对构建节能社会有积极的推动作用，若大范围推广，能有效缓解气候的温室效 应，有利于人类低碳生活的推进。本发明的汽车尾气余热发电系统通过热气机单元和飞轮电池单元实现“热能一 机械能——电能”的转化，其结构紧凑，所占空间小，热气机单元将汽车尾气中的热能转化 为机械能并在飞轮中储存起来，飞轮电池单元利用储存在飞轮中的机械能发电并将电能储 存起来以备汽车中用电设备的利用。
图1是本发明中热气机单元的结构示意图。图2是本发明中飞轮电池单元的结构示意图。
具体实施例方式下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不 限于此。本实施例一种汽车尾气余热发电系统，包括相连接的热气机单元和飞轮电池单 元，其中，热气机单元的结构如图1所示，包括冷却腔1-1、膨胀腔1-2、回热器1-3、水冷换热 器1-4、加热气管1-6和机械功输出轴1-7，冷却腔1-1和膨胀腔1-2分别设于机械功输出 轴1-7的两端，冷却腔1-1和膨胀腔1-2内部分别通过转子1-8将冷却腔1-1和膨胀腔1-2 各分成3个独立的气腔，冷却腔1-1和膨胀腔1-2中相应的两个气腔之间通过水冷换热器 1-4和回热器1-3相连接，按照气流方向，膨胀腔1-2、回热器1-3、水冷换热器1-4和冷却腔 1-1依次连接，加热气管1-6与膨胀腔1-2连接，膨胀腔1-2内每个独立的气腔对应一束加 热气管1-6 ；飞轮电池单元的结构如图2所示，包括转动轴2-1、轴承2-2、飞轮转子2-3、定 子线圈2-4和电池外壳2-5，转动轴2-1与机械功输出轴1-7连接，转动轴2_1两端分别设 置轴承2-2，定子线圈2-4设于转动轴2-1中部，定子线圈2-4两侧分别设有飞轮转子2_3，各飞轮转子2-3与定子线圈2-4靠近的一侧设有永磁体2-6，转动轴2-1、轴承2_2、飞轮转 子2-3和定子线圈2-4分别设于电池外壳2-5内。上述汽车尾气余热发电系统中，冷却腔1-1或膨胀腔1-2内，在转子1-8与其腔壁 的相接处分别设有气口 1-5，该气口 1-5可作为腔中气体循环流动完成热力学循环的通道。热气机单元中，三组相连接的回热器1-3和冷水换热器1-4绕机械功输出轴1-7 的轴线均勻分布，一组相连接的回热器1-3和冷水换热器1-4对应冷却腔1-1或膨胀腔 1-2内一个独立的气腔，也就是说，热气机单元中实质上有三个独立的系统；其中，各回热 器1-3相当于一个储能器，当气体从膨胀腔1-2流向冷却腔1-1时，回热器1-3吸收气体热 量使气体温度降低，当气体从冷却腔1-1流向膨胀腔1-2时，回热器1-3释放热量使气体温 度升高。热气机单元中，各水冷换热器1-4分别置于汽车的冷却箱内。飞轮电池单元中，轴承2-2为磁悬浮高速轴承，飞轮转子2-3为飞轮-永磁体一体 化的结构，其中永磁体2-6为耐高温的高性能烧结钕铁硼，永磁体2-6的工作温度< 180°C。飞轮电池单元中，转动轴2-1上还设有用于检测飞轮转子2-3运动位置的位置传 感器(传感器在图2中未示出)，传感器实时监测飞轮转子2-3在运动过程中的位置后，将 其位置信号转换为电信号，然后通过其外接的控制系统对该电信号进行控制，从而保证定 子线圈2-4中各相绕组的正确换向。本实施例的汽车尾气余热发电系统使用时，其能量转化过程为热能——机械 能——电能；具体为热气机单元内，汽车尾气通过加热气管1-6对膨胀腔1-2进行加热，使 膨胀腔1-2内得到高温高压气体，高温高压气体膨胀进入回热器1-3，经回热器1-3进行热 量储存后，进入水冷换热器1-4进行冷却，最后进入冷却腔1-1进行压缩，该过程中气体驱 动膨胀腔1-2和冷却腔1-1内的转子1-8运动，从而带动机械功输出轴1-7转动，实现热能 和机械能的转化；飞轮电池单元内，机械功输出轴1-7的转动驱动转动轴2-1转动，带动飞 轮转子2-3转动，通过飞轮转子2-3上永磁体与定子线圈2-4的电磁感应进行发电，实现机 械能和电能之间的转化。该系统中，当汽车无尾气排出时，冷却腔1-1内气体通过冷水换热 器1-4和回热器1-3回流至膨胀腔，气体经过回热器1-3时吸收热量，使系统内保持气压平 如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用 来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要 求所要求保护的范围所涵盖。
权利要求
汽车尾气余热发电系统，其特征在于，包括相连接的热气机单元和飞轮电池单元，所述热气机单元包括冷却腔、膨胀腔、回热器、水冷换热器、加热气管和机械功输出轴，冷却腔和膨胀腔分别设于机械功输出轴的两端，冷却腔和膨胀腔内部分别通过转子将冷却腔和膨胀腔各分成3个独立的气腔，冷却腔和膨胀腔中相应的两个气腔之间通过水冷换热器和回热器相连接，按照气流方向，膨胀腔、回热器、水冷换热器和冷却腔依次连接，加热气管与膨胀腔连接，膨胀腔内每个独立的气腔对应一束加热气管；所述飞轮电池单元包括转动轴、轴承、飞轮转子、定子线圈和电池外壳，转动轴与机械功输出轴连接，转动轴两端分别设置轴承，定子线圈设于转动轴中部，定子线圈两侧分别设有飞轮转子，各飞轮转子与定子线圈靠近的一侧设有永磁体，转动轴、轴承、飞轮转子和定子线圈分别设于电池外壳内。
2.根据权利要求1所述的汽车尾气余热发电系统，其特征在于，所述冷却腔或膨胀腔 内，在转子与其腔壁的相接处分别设有气口。
3.根据权利要求1所述的汽车尾气余热发电系统，其特征在于，所述热气机单元中，三 组相连接的回热器和冷水换热器绕机械功输出轴的轴线均勻分布。
4 根据权利要求1所述的汽车尾气余热发电系统，其特征在于，所述热气机单元中，各 水冷换热器分别置于汽车的冷却箱内。
5.根据权利要求1所述的汽车尾气余热发电系统，其特征在于，所述飞轮电池单元中， 轴承为磁悬浮高速轴承，飞轮转子为飞轮_永磁体一体化的结构，其中永磁体为耐高温的 高性能烧结钕铁硼，永磁体的工作温度< 180°C。
6.根据权利要求1所述的汽车尾气余热发电系统，其特征在于，所述飞轮电池单元中， 转动轴上还设有用于检测飞轮转子运动位置的位置传感器。
全文摘要
本发明提供一种汽车尾气余热发电系统，包括相连接的热气机单元和飞轮电池单元，热气机单元中冷却腔和膨胀腔分别设于机械功输出轴的两端，冷却腔和膨胀腔内部分别通过转子将冷却腔和膨胀腔各分成3个独立的气腔，冷却腔和膨胀腔中相应的两个气腔之间通过水冷换热器和回热器相连接，加热气管与膨胀腔连接；飞轮电池单元中转动轴与机械功输出轴连接，转动轴两端分别设置轴承，定子线圈设于转动轴中部，定子线圈两侧分别设有带永磁体飞轮转子，转动轴、轴承、飞轮转子和定子线圈分别设于电池外壳内。本发明能有效解决汽车尾气直接排放所造成的大量热散失的问题，在大范围提高汽车热效率、使汽车达到节能减排目的的同时，也减少了大量废气的排放。
文档编号H02K7/02GK101892924SQ20101023037
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月16日 优先权日2010年7月16日
发明者刘粲, 牛高产, 谢小鹏, 贾尚雨 申请人:华南理工大学