一种公交车排气管温差发电装置的制作方法

本实用新型涉及汽车尾气余热发电设备，特别涉及一种公交车排气管底部温差发电装置。

背景技术：

随着社会经济的高速发展，公交车日渐普及，它不仅缓解了城市的交通压力，也极大方便了人们的出行，是日常生活中不可缺少的一部分。但与此同时公交车在运行过程中排气管所产生的热量却严重威胁着发动机的正常运行，目前市场上主要是利用散热孔等被动散热方式进行散热，存在着散热过慢、不均匀等诸多弊端。其实，排气管所产生的废热是一种能量，如果能够将其收集并加以利用，不仅能够保护环境，还能节约资源，可谓一举多得。

据检索，目前已有将利用汽车尾气余热进行温差发电的装置，如申请号201410137635.6 的中国专利申请公开了一种车载尾气余热温差发电系统，其包括尾气箱、冷却水箱组件、温差发电模块组件和夹紧板，尾气箱的两端分别设置有进气歧管和排气歧管，尾气箱包括气箱体、分流翅片、导流翅片和汇流翅片；冷却水箱组件的两端分别设置有进水歧管和出水歧管，冷却水箱组件包括多个冷却水箱，冷却水箱包括水箱体和导流板；温差发电模块组件的热端与尾气箱的两侧贴合、冷端与冷却水箱组件的一侧贴合，温差发电模块组件包括多个温差发电模块；夹紧板设置在冷却水箱组件的外部，且夹紧板的两端通过螺栓锁紧。

又如专利号为201020101524.7名称为“汽车尾气废热温差发电装置”的中国专利，申请公开了一种利用汽车尾气废热进行温差发电的装置，其包括尾气通道、热电模块和冷却系统，尾气通道进气口与发动机排气管联通，尾气通道排气口与汽车排气管的联通，热电模块的高温端紧贴在尾气通道的外壁上，热电模块的低温端由冷却系统降温，热电模块产生的电力输至车载蓄电池。

上述两种利用尾气余热进行温差发电的装置技术方案中，第一种方案的装置是设置在汽车发动机附近的，靠近发动机，这种设计会对发动机正常的散热有造成不利影响，安全性能较低，而且可安装性差；对于第二种技术方案，其水冷系统的水泵需要额外提供动力，耗费能源，而本装置的水冷系统巧妙地利用了汽车行驶中车体的振动来驱动冷却水循环，更加节能。

上述两种利用汽车尾气余热进行温差发电的方案均没有通过利用汽车体的行驶振动来驱动冷却水循环的设计。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种能源综合利用率高的公交车排气管温差发电装置，旨在将公交车排气管热能转化为电能、同时利用汽车行进过程的振动能量转化为冷却液循环动力，不消耗外在电能。

本实用新型的目的是这样实现的：一种公交车排气管温差发电装置，吸热铜管的冷却水进、出口两端或者内有液体流通空腔的吸热铜板的冷却水进、出口两端分别与U字形的冷却管道两端连接而构成冷却水回路；吸热铜管固定在金属板底面上；温差发电片压接在金属板与位于金属板上方的铜质的弧形凹槽的底部平面之间，或者，温差发电片压接在吸热铜板与铜质的弧形凹槽的底部平面之间，上述用作固定公交车尾气管的弧形凹槽的内曲面与公交车尾气管的外形相吻合；上述冷却水回路中的冷却管道进口管和出口管上分别安装有第一水泵和第二水泵；第一水泵的驱动机构为：设置在公交车悬架下方、并与悬架接触的双面齿条分别与左齿轮和右齿轮啮合，且左、右齿轮分别经轴承和单向轴承安装在固定轴上和右叶轮轴上，固定轴固定在驱动箱体上，右叶轮轴可转动地架设在驱动箱体上，且右叶轮轴伸出驱动箱体的前端上安装有右叶轮；第二水泵的驱动机构与第一水泵的驱动机构的结构完全相同；上述第一、第二水泵的两个驱动机构中的两个右叶轮分别设置在第一水泵泵体的流体通道内和第二水泵泵体的流体通道内，上述第一、第二水泵的两个驱动机构中的两个单向轴承的驱动方向相反。

所述吸热铜管呈蛇形盘管形式固定在金属板底面上。

所述第一水泵的进、出口管上均设置有全幅散热鳍片，第二水泵的进、出口管上均设置有全幅散热鳍片，冷却管道的水平管上设置有半幅散热鳍片。

所述冷却管道的管径大于吸热铜管的管径，冷却管道经大小头的管口接头与吸热铜管连接。

所述弧形凹槽上方还经螺栓固定有用作固定公交车尾气管的多个弧形条。

所述双面齿条的下方设置有复位弹簧，或者，双面齿条上端与公交车悬架铰接。

本实用新型的另一目的是提供一种能源综合利用率更高的公交车排气管温差发电装置，旨在将公交车排气管热能转化为电能、同时采用汽车行进过程的振动能量为冷却液循环动力，不消耗外在电能。

本实用新型的又一目的是这样实现的：一种公交车排气管温差发电装置，吸热铜管的冷却水进、出口两端或者内有液体流通空腔的吸热铜板的冷却水进、出口两端分别与U字形的冷却管道两端连接而构成冷却水回路；吸热铜管固定在金属板底面上；温差发电片压接在金属板与位于金属板上方的铜质的弧形凹槽的底部平面之间，或者，温差发电片压接在吸热铜板与铜质的弧形凹槽的底部平面之间，上述用作固定公交车尾气管的弧形凹槽的内曲面与公交车尾气管的外形相吻合；上述冷却水回路中的冷却管道进口管和出口管上分别安装有第一水泵和第二水泵；第一水泵的驱动机构为：设置在公交车悬架下方、并与悬架接触的双面齿条分别与左齿轮和右齿轮啮合，该左、右齿轮分别经驱动方向相同的两个单向轴承安装在两个叶轮轴上，该两个叶轮轴分别可转动地架设在驱动箱体上，该两个叶轮轴伸出驱动箱体的前端上分别安装有一个叶轮；第二水泵的驱动机构与第一水泵的驱动机构的结构完全相同；第一水泵的驱动机构中的两个叶轮一前一后地设置在第一水泵的泵体内，第二水泵的驱动机构中的两个叶轮一前一后地设置在第二水泵的泵体内。

所述吸热铜管呈蛇形盘管形式固定在金属板底面上；所述第一水泵的进、出口管上均设置有全幅散热鳍片，第二水泵的进、出口管上均设置有全幅散热鳍片，冷却管道的水平管上设置有半幅散热鳍片。

所述冷却管道的管径大于吸热铜管的管径，冷却管道经大小头的管口接头与吸热铜管连接；所述弧形凹槽上方还经螺栓固定有用作固定公交车尾气管的多个弧形条。

所述双面齿条的下方设置有复位弹簧，或者，双面齿条上端与公交车悬架铰接。

本公交车排气管温差发电装置，主要由振动驱动机构、冷却水循环机构、温差发电机构组成，设置在公交车悬架底部的双面齿条两侧分别与两个齿轮啮合，一侧齿轮与和驱动箱体固定连接的固定轴之间设有普通轴承，另一侧齿轮与（非电力）水泵的输入轴之间设有单向轴承；两个（非电力）水泵出入管口与冷却管道连接，冷却管道外壁设有全幅散热鳍片和半幅散热鳍片（位置许可情况下，也可采用全幅散热鳍片），曲形铜管与冷却管道通过管口接头连接；与公交车尾气管下部贴合的热端铜质弧形凹槽与弧形固定条经螺栓连接，热端弧形凹槽与冷端金属板片之间设有温差发电片，冷端金属板片下端与曲形铜管贴合。

上述冷却管道两端分别设有一个（非电力）水泵和两个全幅散热鳍片。

上述温差发电片在水平面阵列排列。

上述两个（非电力）水泵输入轴上的两单向轴承方向相反。

本实用新型通过单向轴承的使用，实现了非电力水泵中叶片的单方向转动（驱动水泵叶轮轴转动），提高了冷却液循环的效率；再利用设置于公交车悬架底部的双面齿条以及啮合的齿轮将车体振动的能量转化，另外散热鳍片的安装使得冷凝液时刻保持在工作温度，热端半圆形的结构与排气管紧密贴合，提高了热量利用率，从而确保了温差发电片强大电能的输出

本实用新型的工作过程和原理是：公交车运行过程中排气管散失大量热量，传递给热端弧形凹槽，热端弧形凹槽与冷端金属板片形成温差，作用于温差发电片两端，依据赛贝斯原理，温差发电片形成电压，产生电流，电流经整流稳压后即可储存起来提供给公交车车载设备使用。

振动驱动过程：

公交车在运行过程中车轴和车体发生相对振动，带动双面齿条与驱动箱作相对运动，齿条带动与之啮合的定位齿轮（左齿轮）和传动齿轮（右齿轮）转动。单向轴承使得当传动齿轮向某一方向转动时，单向轴承锁死，驱动（非电力）水泵的叶片轴转动；当传动齿轮向另一方向转动是，单向轴承滚珠滚动，水泵叶轮轴不转动；从而实现了运动有齿条的双向移动到水泵桨片的单向转动的转换。

冷却循环过程：

（非电力）水泵驱动冷却液体在冷却管道和曲形铜管中单向循环流动。对冷端金属板片降温，从而使温差发电片冷热端温差保持在最佳情况。此时，由于散热鳍片极大的表面积和车辆运行过程中流动的空气，冷却管道中循环回流的冷却液能够持续降温。经冷却管道降温的冷却液再次进入曲形铜管（即吸热铜管）时，已具有较低的温度。如此，冷却液不断单向循环流动，冷却过程循环往复，使得温差发电片两端持续稳定地保持较大温差，从而使得产生的电流持续稳定且效益可观。

与现有的技术相比，本实用新型的有益效果是：

一、本实用新型与其他同类装置最大的不同在于装在车体排气管底部，并且直接利用排气管的热量比利用尾气效率高的多，易于拆卸，对车辆正常运行没有影响，安全性高。

二、本实用新型的冷却系统巧妙地利用车体行驶中振动能量推动水泵运转而实现冷却液循环的方式，不断为温差发电片冷端降温，从而保持冷热端之间的温差。这种方式可以使冷端温度迅速降低，大大提高了冷却的效率，保证装置可以持续运转，产生电能。装置采用了单向轴承，尽管车身的振动是往复性的，仍然能确保冷却液进行的是单向的循环，整个过程不需要耗能实现了对目标的冷却。

三、本实用新型可以提高车辆的舒适性。由于冷却液循环时有阻力，可以使车身振动更快地消减，减少车辆的颠簸，这对于乘客乘坐时的舒适度有很大提高。

四、本实用新型整体都不需要外界供能，实现了完全的绿色环保，实现了零污染。

五、本实用新型可以将能量续集起来，供手机等电子设备充电，解决了大家出行电子设备电力不足的尴尬情况。

六、本温差发电装置能够将排气管散发的热能转化为电能，给公交车内用电设备充电，提高能源的利用效率。

本装置有效地解决公交车振动驱动冷却液循环给温差发片电冷端降温以维持温差进行发电的问题，具有发电装置结构简单、成本低、使用安全可靠、发电效率高、节约能源、体积较小、不污染环境，普遍适用于所有机动车辆等特点。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构立体示意图。

图2是本实用新型的第一种水泵驱动机构结构图。

图3是图1去掉一驱动箱后的另一视角方向的立体示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1示出公交车排气管温差发电装置，吸热铜管12的冷却水进、出口两端或者内有液体流通空腔的吸热铜板的冷却水进、出口两端分别与U字形的冷却管道10两端连接而构成冷却水回路；吸热铜管12固定在金属板13底面上；温差发电片14压接在金属板13与位于金属板13上方的铜质的弧形凹槽15的底部平面之间，或者，温差发电片14压接在吸热铜板与铜质的弧形凹槽15的底部平面之间，上述用作固定公交车尾气管的弧形凹槽15的内曲面与公交车尾气管的外形相吻合；上述冷却水回路中的冷却管道10进口管和出口管上分别安装有第一水泵18和第二水泵17；第一水泵的驱动机构为：设置在公交车悬架下方、并与悬架接触的双面齿条1分别与左齿轮3a和右齿轮3啮合，且左、右齿轮3a、3分别经轴承5和单向轴承4安装在固定轴6上和右叶轮轴7上（即轴承内圈上固定轴，轴承外圈上固定齿轮），固定轴6固定在驱动箱体2上，右叶轮轴7可转动地架设在驱动箱体2上，且右叶轮轴7伸出驱动箱体2的前端上安装有右叶轮；第二水泵的驱动机构与第一水泵的驱动机构的结构完全相同；上述第一、第二水泵的两个驱动机构中的两个右叶轮分别设置在第一水泵18泵体的流体通道内和第二水泵泵体的流体通道内，上述第一、第二水泵的两个驱动机构中的两个单向轴承4的驱动方向相反（参见图2）。吸热铜板为有冷却水夹套的板式换热器，换热面积更大。U字形的冷却管道10由两侧的进、出口管（相互平行）和与二者垂直连接的水平管组成。吸热铜管12呈蛇形盘管形式固定在金属板13底面上（图3）。第一水泵18的进、出口管上均设置有全幅散热鳍片，第二水泵17的进、出口管上均设置有全幅散热鳍片8，冷却管道10的水平管上设置有半幅散热鳍片9。冷却管道10的管径大于吸热铜管12的管径，冷却管道10经大小头的管口接头11与吸热铜管12连接。弧形凹槽15上方还经螺栓固定有用作固定公交车尾气管的多个弧形条16。双面齿条1的下方设置有复位弹簧，或者，双面齿条1上端与公交车悬架铰接。

公交车排气管温差发电装置包括振动式水泵驱动机构、冷却水循环机构、温差发电机构，设置在公交车悬架底部的双面齿条1两侧分别与2个齿轮啮合，左齿轮3a与固定轴6（和驱动箱体2固定连接）之间设有（普通）轴承5，右齿轮3与（非电力）水泵7的输入轴之间设有单向轴承4；两个（非电力）水泵18、17出入管口与冷却管道10连接，冷却管道10外壁设有全幅散热鳍片8和半幅散热鳍片9（若位置许可，也可用全幅散热鳍片），（曲形）吸热铜管12与冷却管道10通过管口接头11连接；与公交车尾气管下部贴合的热端铜质弧形凹槽15与弧形条16螺栓连接，热端弧形凹槽15与冷端金属板13之间设有温差发电片14，冷端金属板片13下端与曲形吸热铜管12贴合。

所述冷却管道10两端分别设有一个非电力水泵和两个全幅散热鳍片8。

所述温差发电片14在水平面阵列排列。

所述两个非电力水泵输入轴（即叶轮轴）上的两单向轴承4方向相反。

振动驱动过程：

公交车在运行过程中车轴和车体发生相对振动，带动双面齿条1与驱动箱体2发生相对运动，齿条1带动与之啮合的定位齿轮即左齿轮3a和传动齿轮即右齿轮3转动。单向轴承4使得当传动齿轮向某一方向转动时，单向轴承4锁死，驱动（非电力）水泵7的叶轮轴转动；当传动齿轮向另一方向转动时，单向轴承4滚珠滚动，叶片轴不转动；从而实现了齿条的双向移动到水泵叶轮轴的单向转动的转换。

冷却循环过程：

第一、第二水泵18、17交替驱动冷却液体在冷却管道10和曲形吸热铜管12中单向循环流动。对冷端金属板13降温，从而使温差发电片14冷热端温差保持在最佳情况。此时，由于散热鳍片8极大的表面积和车辆运行过程中流动的空气，冷却管道10中循环回流的冷却液能够持续降温。经冷却管道10降温的冷却液再次进入曲形吸热铜管12时，已具有较低的温度。如此，冷却液不断单向循环流动，冷却过程循环往复，使得温差发电片14两端持续稳定地保持较大温差，从而使得产生的电流持续稳定且效益可观

参见图1，吸热铜管12的冷却水进、出口两端或者内有液体流通空腔的吸热铜板的冷却水进、出口两端分别与U字形的冷却管道10两端连接而构成冷却水回路；吸热铜管12固定在金属板13底面上；温差发电片14压接在金属板13与位于金属板13上方的铜质的弧形凹槽15的底部平面之间，或者，温差发电片14压接在吸热铜板与铜质的弧形凹槽15的底部平面之间，上述用作固定公交车尾气管的弧形凹槽15的内曲面与公交车尾气管的外形相吻合；上述冷却水回路中的冷却管道10进口管和出口管上分别安装有第一水泵18和第二水泵17；第一水泵的另一种驱动机构为：设置在公交车悬架下方、并与悬架接触的双面齿条1分别与左齿轮3a和右齿轮3啮合，该左、右齿轮分别经驱动方向相同的两个单向轴承安装在两个叶轮轴上，该两个叶轮轴分别可转动地架设在驱动箱体2上，该两个叶轮轴伸出驱动箱体2的前端上分别安装有一个叶轮；第二水泵的驱动机构与第一水泵的驱动机构的结构完全相同；第一水泵的驱动机构中的两个叶轮一前一后（按水流方向）地设置在第一水泵18的泵体内，第二水泵的驱动机构中的两个叶轮一前一后地设置在第二水泵17的泵体内。参见图2，即图2中的左、右齿轮均通过单向轴承（驱动方向相同）安装在两个平行的叶轮轴上，该两叶轮轴的前部分别伸入第一水泵18的泵体内，且两叶轮轴前部均安装有叶片，即构成由汽车振动力推动的第一水泵，当汽车振动力推动双面齿条下行时（参见图2），左齿轮顺时针转动，右齿轮反时针转动，由于二者分别经驱动方向相同的单向轴承安装在两个叶轮轴上，因此，只有其中一个叶轮轴被驱动旋转，作为水泵使冷却水循环，而另一叶轮轴只作空转；第二水泵的结构与第一水泵的结构完全相同。此方案中，当双面齿条下行时，第一水泵和第二水泵中分别有一个叶轮按同一方向（如，顺时针）转动，当双面齿条上行时，第一水泵和第二水泵同样分别有一个叶轮按同一方向（如，顺时针）转动。这样，整个冷却液循环回路中就有两个水泵同时工作（按同一方向转动），能量利用率更高。吸热铜管12呈蛇形盘管形式固定在金属板13底面上；所述第一水泵18的进、出口管上均设置有全幅散热鳍片，第二水泵17的进、出口管上均设置有全幅散热鳍片8，冷却管道10的水平管上设置有半幅散热鳍片9。冷却管道10的管径大于吸热铜管12的管径，冷却管道10经大小头的管口接头11与吸热铜管12连接；所述弧形凹槽15上方还经螺栓固定有用作固定公交车尾气管的多个弧形条16。双面齿条1的下方设置有复位弹簧，或者，双面齿条1上端与公交车悬架铰接。