專利名稱：一種將汽車發(fā)動機(jī)廢熱轉(zhuǎn)化成直流電的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及如何將汽車發(fā)動機(jī)排放的廢熱加以回收，直接轉(zhuǎn)化成直流電再被汽車本身利用的一種節(jié)能降耗產(chǎn)品，即一種將汽車發(fā)動機(jī)廢熱轉(zhuǎn)化成直流電的裝置。
背景技術(shù)：
汽車是現(xiàn)代人們生活水平提高的顯著標(biāo)志，然而汽車又是重污染高耗能的工業(yè)化產(chǎn)品。石油日益枯竭，而汽車工業(yè)卻蒸蒸日上形成了鮮明的對立。汽車基本上都是通過活塞式發(fā)動機(jī)將燃油轉(zhuǎn)化成動力的。無論是渦輪式還是活塞式內(nèi)燃機(jī)，其燃油轉(zhuǎn)化成動力的轉(zhuǎn)化率是較低的，人們樂觀地認(rèn)為只有30% - 40%。大量的能耗主要表現(xiàn)在以熱的形式向空間擴(kuò)散。同時機(jī)械磨損消耗也占據(jù)了一大部分。君不見大型重載汽車在炎熱的夏天跑上幾小時后，排氣管己成赤紅色的了，可見有多少熱量在白白浪費(fèi)掉，還有汽車配置的水箱，本身很容易出毛病，在汽車運(yùn)行時還得靠風(fēng)扇給它強(qiáng)制吹風(fēng)來達(dá)到降溫的目的。這些顯而易見的能源浪費(fèi)能否加予利用為我們提出了一個嶄新的課題。目前已知有人將汽車發(fā)動機(jī)的余熱引至油箱以解決寒冷的冬天使用高凝固點(diǎn)的燃油仍不至于汽車發(fā)動困難和在運(yùn)行中油路容易堵塞不通的問題，有人將汽車的廢熱引至駕駛室或客車箱內(nèi)用于冬天取暖。如此種種的廢熱利用局限于寒冷的冬天和高寒冷地區(qū)， 尚且使用會帶來一定的危險性，所以目前不是很普遍的采用。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種將汽車發(fā)動機(jī)廢熱轉(zhuǎn)化為直流電的裝置。本實(shí)用新型可以用三部分具體內(nèi)容來組成，一是汽車發(fā)動機(jī)的廢熱提??；二是利用提取的熱進(jìn)行溫差發(fā)電；三是發(fā)出的電源再利于汽車的本身。廢熱的回收我們采用的是熱管技術(shù)，即真空管熱傳導(dǎo)技術(shù)。溫差發(fā)電則是以貝塞克效應(yīng)的原理制造成的電子溫差發(fā)電模塊來實(shí)現(xiàn)的。至于源于汽車本身如何又用于汽車自身的電流的利用可據(jù)多種方案靈活選擇。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種將汽車發(fā)動機(jī)廢熱轉(zhuǎn)化為直流電的裝置，其特征在于主要由熱管，熱管冷凝罐，列管式換熱器，電子溫差發(fā)電模塊，導(dǎo)風(fēng)隔塵筒及工作介質(zhì)組成；熱管的一端與列管式換熱器連接，另一端與熱管冷凝罐連接；列管式換熱器與發(fā)動機(jī)排氣管連接；電子溫差發(fā)電模塊設(shè)置在熱管的外表面；電子溫差發(fā)電模塊設(shè)有導(dǎo)線；在熱管外表面的四周設(shè)有導(dǎo)風(fēng)隔塵筒；熱管內(nèi)為真空，并裝有工作介質(zhì)。本實(shí)用新型所述的熱管由不銹鋼材料制造，其橫截面為正四方形。本實(shí)用新型所述的工作介質(zhì)為甘油。本實(shí)用新型所述的列管式換熱器上設(shè)有折流板。本實(shí)用新型所述的熱管與列管式換熱器相連接處設(shè)有絕熱保溫層。本實(shí)用新型所述的熱管冷凝罐的外表面設(shè)有隔熱層。本實(shí)用新型的具體工作狀況是這樣的。從汽車發(fā)動機(jī)的排氣口或渦輪增速器的排出口引出廢氣廢熱至列管式換熱器，其內(nèi)置列管成錯位排列，并有折流板增加換熱效果。剩余的廢氣廢熱仍然由汽車的排氣管排出。換熱后取得的熱源流經(jīng)內(nèi)抽成真空并裝有特定工作介質(zhì)的熱管內(nèi)，使工作介質(zhì)汽化從高溫端流向低溫端，然后冷凝成液體依靠自重又返回高溫端進(jìn)而再汽化。如此不斷循環(huán)的過程也就將熱源不斷傳導(dǎo)給電子模塊粘貼面使其產(chǎn)生高溫。模塊另一面由于汽車前進(jìn)中產(chǎn)生的自然風(fēng)通過熱管外面的導(dǎo)風(fēng)筒引入而不斷吹拂電子溫差發(fā)電模塊的朝外那面。這樣一來就使電子溫差發(fā)電模塊的兩面溫差產(chǎn)生效應(yīng)而源源不斷地輸出電流來。這些電流可以先串聯(lián)至與汽車蓄電池等值電壓值后再并聯(lián)后從導(dǎo)風(fēng)筒中向外輸出，再據(jù)需要確定利用的方法加以利用。熱管技術(shù)是充分利用了熱傳導(dǎo)的原理與致冷介質(zhì)的快速熱傳導(dǎo)的性質(zhì)。熱管中處于真空態(tài)的介質(zhì)不斷汽化而又不斷冷凝，使熱源能快速傳導(dǎo)致熱源之外的一種新技術(shù)。目前可知熱管的導(dǎo)熱能力己遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過任何己知的金屬的導(dǎo)熱能力。本實(shí)用新型利用熱管是基于以下幾點(diǎn)原因來考慮的。首先汽車排氣溫度波動性很大，而且排氣的成份中包含了有害氣體，我們不能直接利用它，只能通過間接的換熱形式將廢熱利用，所以要用到熱管技術(shù)。 其二是因為溫差發(fā)電模塊是PN結(jié)的焊接件，使用溫度受到一定限制，超溫必然燒毀。我們利用熱管技術(shù)選定合適的工作介質(zhì)，方能保證模塊不超溫運(yùn)行而燒毀。熱管技術(shù)已經(jīng)是很成熟的技術(shù)。但其中許多技術(shù)細(xì)則多有考究。熱管一般由管殼、 吸液芯、端蓋等組成。將管殼內(nèi)抽真空至1. 3X IO-1 10_4的負(fù)壓后充裝適量的工作介質(zhì)。 工作介質(zhì)充滿管壁上的吸液芯里，加熱后快速汽化移動至冷凝端放出熱后冷卻回流至加熱端如此反復(fù)循環(huán)。本實(shí)用新型的熱管選用有如下幾個特點(diǎn)一是熱管管殼選用不銹鋼材質(zhì)制成 40X40正四方形方鋼。之所以如此選擇是它耐腐蝕，不與工作介質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。另外，其外面呈40X40正四方形方鋼與電子溫差發(fā)電模塊的40X40X4. 5的尺寸相吻合對應(yīng)。二是熱管采用重力式回流安裝形式，即熱管的吸熱端低于或平行于冷凝端，這樣可以省卻吸液芯的使用。同樣可以使介質(zhì)建立起循環(huán)來。三是本熱管工作介質(zhì)的選擇，因介質(zhì)選擇比較苛刻，要求無腐蝕現(xiàn)象，有機(jī)物反復(fù)用后不分解；不因產(chǎn)生不凝氣而發(fā)生氣阻。最關(guān)鍵的是與傳熱的溫度有直接關(guān)系，即是與介質(zhì)的沸點(diǎn)有直接的關(guān)系。另外本熱管技術(shù)的應(yīng)用還涉及到另一個問題，由于電子溫差發(fā)電模塊的耐溫一般在120°C 150°C，亦有廠家介紹耐溫己突破200°C 250°C的。要選適合對應(yīng)的工作介質(zhì)才能保證模塊不會燒毀。那么耐溫低的模塊只能選蒸餾水。耐溫高的模塊可以選擇甘油。它們的物化性質(zhì)是蒸餾水H2O,分子量是18.016。沸點(diǎn)100°C。甘油(C3H8O3)分子量92. 09，沸點(diǎn)^0.09°C。四是熱管工作介質(zhì)的充裝量的確定。介質(zhì)不同分子量不同，而摩爾數(shù)則是相同的常數(shù)。那么熱管介質(zhì)的充裝量相對分子量大的充裝量就小而分子量小的其充裝量就大。摩爾數(shù)乘以分子量即為常壓下介質(zhì)的充裝體積量。電子溫差發(fā)電模塊是塞貝克效應(yīng)在電子學(xué)方面的擴(kuò)展和應(yīng)用。由電子元件組焊成的電子堆(即PN結(jié))。若致使它們的兩面有溫差它們便能發(fā)出電源來。若置它們的一面與電源正極相接另一面與電源負(fù)極相接。那么它的一面會發(fā)熱放熱而另一面會吸熱致冷。這種有溫差即發(fā)電，有電動勢即制冷的現(xiàn)象是塞貝克現(xiàn)象。據(jù)有關(guān)報導(dǎo)這種現(xiàn)象的轉(zhuǎn)化效率目前只有7% 13%是比較低的。但是它沒有任何機(jī)械傳動，沒有污染、噪音。不受環(huán)境限制的優(yōu)點(diǎn)十分突出，隨著材料結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，這種技術(shù)應(yīng)用的前途是十分光明的，必將會有巨大的發(fā)展空間。據(jù)國內(nèi)多家電子溫差發(fā)電模塊的生產(chǎn)廠家的數(shù)據(jù)調(diào)查，通用型規(guī)格40 X 40 X 4. 5， 每一塊模塊在60°C溫差條件下可發(fā)出3. 5V、0. 9 IA的直流電源來。也有廠家介紹可發(fā)出3. 5V、2 3A的直流電源來。不管如何說，溫差越大發(fā)出電量越大這一點(diǎn)是可以肯定的。 本實(shí)用新型之所以能造成模塊二面有溫差而發(fā)電，正是我們利用了熱管將廢氣的熱大部分給予回收。導(dǎo)給模塊的一面然后充分利用汽車在進(jìn)行中造成的自然風(fēng)通過導(dǎo)風(fēng)筒不斷吹拂冷卻模塊的另一面而產(chǎn)生溫差促成模塊不斷地發(fā)電的。此兩先決條件缺一不可。沒有熱源模塊不能發(fā)電的。光有熱源沒有冷卻，照樣模塊不能發(fā)電。如若人為地用電吹風(fēng)，那么這種發(fā)電得與失相當(dāng)是沒有任何實(shí)際意義的。電子溫差發(fā)電模塊與電子致冷模塊，有人認(rèn)為是同樣的東西可以反過來用。嚴(yán)格的說原理是一樣的，但實(shí)際中使用目的不一樣，要求的耐溫、耐電壓等物理條件就不一樣， 價格也會有所不同，選擇時必須有所考慮，有目的選擇。

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、熱管冷凝罐；2、旋塞；3、冷凝罐端蓋；4、冷凝罐隔熱層；5、熱管；6、電子溫差發(fā)電模塊；7、導(dǎo)風(fēng)隔塵筒；8、過濾網(wǎng)；9、熱管絕熱保溫層；10、換熱后的廢氣排放管； 11、列管式換熱器；12、換熱器折流板；13、排氣管。
具體實(shí)施方式如圖1所示，本實(shí)用新型主要由熱管5，熱管冷凝罐1，列管式換熱器11，電子溫差發(fā)電模塊6，導(dǎo)風(fēng)隔塵筒7與熱管中的工作介質(zhì)甘油組成，熱管通過法蘭與列管式換熱器連接，列管式換熱器通過法蘭與發(fā)動機(jī)排氣管連接。 工作時，從發(fā)動機(jī)出來的廢氣廢熱與列管式換熱器換熱。有關(guān)換熱器的有些數(shù)據(jù)如換熱面積、過流截面積等可以參考有關(guān)資料計算。列管內(nèi)流的介質(zhì)是熱管的工作介質(zhì)，我們選定耐低溫模塊使用的是蒸餾水，稍耐高溫的模塊選用的是甘油。列管外的流體是發(fā)動機(jī)直排的廢氣、廢熱。為了增加它們的換熱效果增加了折流板等措施。從換熱器出來的熱流經(jīng)一段絕熱保溫段9，主要基于這段與發(fā)動機(jī)靠近的原因，為了避免熱輻射等的影響燒毀靠前的發(fā)電模塊而設(shè)置的。導(dǎo)風(fēng)隔塵筒7它是由薄板卷制而成的錐形體，大頭部位設(shè)置防塵污染物卷入的過濾網(wǎng)8，靠小頭部外壁開有若干小孔。汽車開動中產(chǎn)生的自然風(fēng)從導(dǎo)風(fēng)筒大頭引進(jìn)，從靠小頭端的小孔排出，導(dǎo)風(fēng)筒前后串聯(lián)疊合在一起，其作用除了導(dǎo)風(fēng)增壓使風(fēng)趨于四周均勻外，還將汽車行進(jìn)中濺起的泥砂隔離在外；導(dǎo)風(fēng)筒內(nèi)留有發(fā)電模塊產(chǎn)生電源需導(dǎo)出的導(dǎo)線安裝空間。熱管管殼5是不銹鋼材質(zhì)加工而成40X40的正四方形方鋼。 由于其四周均粘貼電子溫差發(fā)電模塊，電子模塊表面是陶瓷質(zhì)的。電子溫差發(fā)電模塊6，通用型外形尺寸為40 X 40 X 4. 5亦有50 X 50 X 4. 5的可以買到。模塊的耐溫性能和發(fā)電能力是考核它的主要標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)廈門有生產(chǎn)廠家報出耐溫在250°C，普通報耐溫為150°C左右。 單片發(fā)電量一般報3. 5V、0. 9 IA (溫差在60°C)，亦有河南廠家報發(fā)電量單片3. 5V、2 3A (溫差在60°C)。電子發(fā)電模塊與熱管方鋼粘貼用的材料為導(dǎo)熱硅脂。四周用固化橡膠固化。按照實(shí)際模擬試驗確定單片發(fā)電量后，一般可以通過單組串聯(lián)即熱管四周的四塊模塊串聯(lián)達(dá)到汽車蓄電池的等值電壓(一般為12 V),再把各組并聯(lián)在一起從導(dǎo)風(fēng)筒內(nèi)引出至所需要的地方。冷凝罐1在上面有旋扣式端蓋3，端蓋3上面有熱管抽真空后的堵頭旋塞2。冷凝罐的作用是使完成與模塊導(dǎo)熱后的氣體在此進(jìn)一步冷卻成液體。如果有少部不凝氣在此留有一小停留空間。其外表保溫層保溫效果可以視情況采用調(diào)節(jié)式的。冷凝罐溫度太高，降低其表的保溫效果，使熱管介質(zhì)循環(huán)起來；如果冷凝罐溫度不高則加強(qiáng)其外表的保溫，減少熱損失。目的都是希望熱管能達(dá)到最理想化的運(yùn)行效果。關(guān)于將汽車發(fā)動機(jī)的廢熱回收發(fā)出來的電的利用問題。一是用自發(fā)電取代汽車的發(fā)電機(jī)組。模塊發(fā)出來的亦是直流電源。首先把它們串聯(lián)成與蓄電池的等值電壓，再根據(jù)蓄電池的容量并聯(lián)成與蓄電池等容的電量。這樣就可以取消發(fā)電機(jī)組。有關(guān)報導(dǎo)取消汽車發(fā)電機(jī)組后發(fā)動機(jī)的功率大約可增加7%左右。為了安全起見亦可保留原有發(fā)電機(jī)組，在溫差發(fā)電正常的情況下，發(fā)電機(jī)組是空置的，一旦溫差發(fā)電不正常，通過快速離合器的作用可以迅速啟動發(fā)電機(jī)組工作而不影響汽車的運(yùn)行。二是利用汽車廢熱的自發(fā)電來驅(qū)動汽車增速或爬坡時的助力馬達(dá)。汽車油耗主要體現(xiàn)在突然的加速和爬坡。但這種情況是不可避免的。如果我們利用單獨(dú)的蓄電池將自發(fā)電儲存起來，在汽車爬坡或需要加速的時候，這部電源快速起動助力馬達(dá)而司機(jī)則不必去加大油門增加給油量，同樣能使汽車達(dá)到所需的速度加速前進(jìn)，卻減少了油耗。三是利用自發(fā)電驅(qū)動汽車空調(diào)。汽車空調(diào)給人們帶來舒適的空間?？墒瞧嚳照{(diào)的使用是耗油的一大筆支出。司機(jī)常常感覺到汽車一開空調(diào)，跑起來就沒勁了。有人估計汽車空調(diào)的啟動大約占發(fā)動機(jī)功率的8% 10%，廢熱利用的自發(fā)電用來作空調(diào)用，不但可行而且優(yōu)點(diǎn)多多。首先它是直流電，如前所述電子堆(PN結(jié))我們利用它置于有溫差的地方發(fā)出電來，現(xiàn)在我們反過來用，讓它發(fā)出的電致冷產(chǎn)生空調(diào)的作用。致冷電子模塊一面接自發(fā)電的正極，另一面接自發(fā)電的負(fù)極，這時，當(dāng)模塊一面發(fā)熱放熱時同樣我們可以用汽車行進(jìn)中的吹風(fēng)去冷卻它。另一面吸熱致冷正好為我所用。如果我們需要的發(fā)熱面的熱，反過來將熱引進(jìn)駕駛室內(nèi)，冷氣朝外，這樣人們豈不是可以隨心所欲的利用電子的塞貝克效應(yīng)了嗎。
權(quán)利要求1.一種將汽車發(fā)動機(jī)廢熱轉(zhuǎn)化為直流電的裝置，其特征在于主要由熱管，熱管冷凝罐，列管式換熱器，電子溫差發(fā)電模塊，導(dǎo)風(fēng)隔塵筒及工作介質(zhì)組成；熱管的一端與列管式換熱器連接，另一端與熱管冷凝罐連接；列管式換熱器與發(fā)動機(jī)排氣管連接；電子溫差發(fā)電模塊設(shè)置在熱管的外表面；電子溫差發(fā)電模塊設(shè)有導(dǎo)線；在熱管外表面的四周設(shè)有導(dǎo)風(fēng)隔塵筒；熱管內(nèi)為真空，并裝有工作介質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將汽車發(fā)動機(jī)廢熱轉(zhuǎn)化為直流電的裝置，其特征在于所述的熱管由不銹鋼材料制造，其橫截面為四方形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將汽車發(fā)動機(jī)廢熱轉(zhuǎn)化為直流電的裝置，其特征在于所述的工作介質(zhì)為甘油。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將汽車發(fā)動機(jī)廢熱轉(zhuǎn)化為直流電的裝置，其特征在于所述的列管式換熱器上設(shè)有折流板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將汽車發(fā)動機(jī)廢熱轉(zhuǎn)化為直流電的裝置，其特征在于所述的熱管與列管式換熱器相連接處設(shè)有絕熱保溫層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將汽車發(fā)動機(jī)廢熱轉(zhuǎn)化為直流電的裝置，其特征在于所述的熱管冷凝罐的外表面設(shè)有隔熱層。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種將汽車發(fā)動機(jī)廢熱轉(zhuǎn)化為直流電的裝置，其特征在于主要由熱管，熱管冷凝罐，列管式換熱器，電子溫差發(fā)電模塊，導(dǎo)風(fēng)隔塵筒及工作介質(zhì)組成；所述的裝置通過列管式換熱器與汽車發(fā)動機(jī)排氣管連接。其主要技術(shù)手段是利用列管式換熱器換熱，所取得的熱通過真空管熱傳導(dǎo)技術(shù)傳導(dǎo)給電子溫差發(fā)電模塊，使其一面成熱面。電子溫差發(fā)電模塊的另一面通過導(dǎo)風(fēng)筒將汽車行進(jìn)中產(chǎn)生的自然風(fēng)導(dǎo)進(jìn)來不斷吹拂使其一面成冷面。這樣由于電子溫差模塊的兩面始終有溫差的存在進(jìn)而能不斷發(fā)出直流電來。利用廢熱轉(zhuǎn)化而來的電可以取代的發(fā)電機(jī)組，也可以驅(qū)動汽車加速時的助力馬達(dá)，也可以再將電通過電子堆轉(zhuǎn)化發(fā)熱或致冷，進(jìn)而取代汽車的空調(diào)配置。
文檔編號F02G5/02GK201943840SQ20112000270
公開日2011年8月24日 申請日期2011年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月5日
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