[發明專利]一種利用尾氣余熱與聲波進行發電的裝置

有效

• 申請號: 201310287934.3
• 申請日: 2013-07-09
• 公開（公告）號: CN103362619A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 謝小鵬;劉奕敏;王東輝;曹立峰;蔡洪斌
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: F01N5/02
• 分類號: F01N5/02;F01N5/04
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 楊曉松

技術領域

本發明涉及汽車節能減排技術領域，具體涉及一種利用汽車排氣管廢氣的余熱與聲波進行發電的裝置。

背景技術

能源短缺和環境污染是全球性問題，日益引起人們的高度關注，也是目前制約汽車行業可持續發展的兩大主要問題。發動機燃燒后產生的廢氣經過排氣管排放到大氣中，其具有溫度高、壓強大、能量高等特點，尾氣所含能量占發動機消耗浪費能量中的大部分，因此尾氣直接排入大氣，會造成大量的熱量被浪費，使得發動機的燃料燃燒效率低下，同時也給目前已經嚴重的全球溫室效應帶來更大的壓力。

國內外對汽車尾氣的處理有三種方式：一是機前處理；二是機內改善；三是后處理。對于燃油品質及機內結構優化的研究已經比較完善，想在此方面有大的突破比較難，難以滿足日益嚴格的排放要求。而汽車排放尾氣不僅具有很高的熱量，同時由于發動機排放的間歇性，尾氣具有波動能量，如果把尾氣這兩個特點聯合利用進行發電，將能較大限度回收尾氣的能量，在汽車的節能減排上取得明顯的環境效應。

發明內容

本發明的目的在于回收利用汽車排放尾氣的能量，提供了一種利用尾氣余熱與聲波進行發電的裝置。該裝置可以有效減少能量耗損，緩解日益嚴重的全球溫室效應，達到節能減排的效果。

本發明實現上述目的的技術方案為：

一種利用尾氣余熱與聲波進行發電的裝置，包括尾氣余熱發電單元和尾氣聲波發電單元，其中：

所述尾氣余熱發電單元包括集熱器、斯特林發電機以及散熱器，其中，集熱器通過熱腔管與斯特林發電機的熱腔連接，斯特林發電機的冷腔通過冷腔管與散熱器連接，散熱器通過進氣管與集熱器連接；

所述尾氣聲波發電單元包括亥姆霍茲共振器、磁鐵和金屬圈，其中，金屬圈連接在亥姆霍茲共振器的鼓膜上，所述磁鐵產生當金屬圈隨鼓膜往復振動時受金屬圈切割的磁場；

沿著尾氣的流動方向，依次設置所述的氣余熱發電單元和尾氣聲波發電單元。

所述尾氣余熱發電單元中，集熱器包括兩個空心封閉的銅環，兩個銅環之間設有多根將兩個銅環的內腔連通的銅管；所述熱腔管連接在其中一個銅環上，進氣管連接在另一個銅環上。優選地，所述多根銅管呈環形布置。該集熱器的工作原理是：工作氣體通過進氣管進入集熱器的其中一個銅環中，然后分散到多個銅管中，與流過集熱器外表的尾氣進行充分的熱交換，受熱后的工作氣體經過另一個銅環并從熱腔管流出。銅環結構與銅管的環形布置有利于尾氣排放順暢，防止產生被壓。

所述散熱器包括殼體以及設在殼體內的銅管束，其中，銅管束的兩端設有密封圈；殼體上設有進水口、出水口、進氣口以及出氣口，銅管束的一端與進水口連通，另一端與出水口連通；進氣口與冷腔管連接，出氣口與進氣管連接。該散熱器采用水冷方式，水經進水口進入銅管束并從出水口流出，由斯特林發電機的冷腔排出的工作氣體從進氣口進入殼體與銅管束進行熱交換，最后從出氣口中排出，具有結構簡單、散熱效果好的優點。

所述散熱器與進氣管之間設有氣流緩沖器，該緩沖器的一端與散熱器的出氣口連接，另一端與進氣管連接。設置該氣流緩沖器可以防止高低溫氣體的沖擊產生波動，類似與電路中的電容。具體地，該氣流緩沖器為一中空的球狀體。

所述的工作氣體為He氣。He氣作為工作氣體是單相氣體，可以達到40％的最高效率，氣體壓力可達13MPa。因此，斯特林發電機采用密閉高壓He氣，安全可靠，氣體在斯特林發電機內循環利用，通過集熱器加熱，在散熱器中冷卻，循環往復使斯特林發電機轉動發電。

所述亥姆霍茲共振器與進氣短管連接，該進氣短管的半徑為2mm～10mm、長度為5mm～80mm，空腔半徑為16mm～100mm、空腔長度為20mm～200mm。進氣短管的半徑、長度以及空腔半徑、長度的數值的選取會對亥姆霍茲共振器的性能產生影響，上述數值范圍為一個較佳的實施方案。實際應用中，考慮到排氣管的尺寸和排放暢通問題，在保證進氣口面積與空腔表面積的比值滿足亥姆霍茲共振器結構要求前提下，實際尺寸可以適當增大進氣短管半徑的值，減小進氣短管長度與空腔半徑、長度值，這可以有效提高共振器的放大性能，提高金屬圈切割磁感線發電的效率。

所述尾氣余熱發電單元和尾氣聲波發電單元設置于外罩內，該外罩的端部設有與尾氣排放管連接的連接管。