[发明专利]一种利用尾气余热与声波进行发电的装置

说明书

技术领域

本发明涉及汽车节能减排技术领域，具体涉及一种利用汽车排气管废气的余热与声波进行发电的装置。

背景技术

能源短缺和环境污染是全球性问题，日益引起人们的高度关注，也是目前制约汽车行业可持续发展的两大主要问题。发动机燃烧后产生的废气经过排气管排放到大气中，其具有温度高、压强大、能量高等特点，尾气所含能量占发动机消耗浪费能量中的大部分，因此尾气直接排入大气，会造成大量的热量被浪费，使得发动机的燃料燃烧效率低下，同时也给目前已经严重的全球温室效应带来更大的压力。

国内外对汽车尾气的处理有三种方式：一是机前处理；二是机内改善；三是后处理。对于燃油品质及机内结构优化的研究已经比较完善，想在此方面有大的突破比较难，难以满足日益严格的排放要求。而汽车排放尾气不仅具有很高的热量，同时由于发动机排放的间歇性，尾气具有波动能量，如果把尾气这两个特点联合利用进行发电，将能较大限度回收尾气的能量，在汽车的节能减排上取得明显的环境效应。

发明内容

本发明的目的在于回收利用汽车排放尾气的能量，提供了一种利用尾气余热与声波进行发电的装置。该装置可以有效减少能量耗损，缓解日益严重的全球温室效应，达到节能减排的效果。

本发明实现上述目的的技术方案为：

一种利用尾气余热与声波进行发电的装置，包括尾气余热发电单元和尾气声波发电单元，其中：

所述尾气余热发电单元包括集热器、斯特林发电机以及散热器，其中，集热器通过热腔管与斯特林发电机的热腔连接，斯特林发电机的冷腔通过冷腔管与散热器连接，散热器通过进气管与集热器连接；

所述尾气声波发电单元包括亥姆霍兹共振器、磁铁和金属圈，其中，金属圈连接在亥姆霍兹共振器的鼓膜上，所述磁铁产生当金属圈随鼓膜往复振动时受金属圈切割的磁场；

沿着尾气的流动方向，依次设置所述的气余热发电单元和尾气声波发电单元。

所述尾气余热发电单元中，集热器包括两个空心封闭的铜环，两个铜环之间设有多根将两个铜环的内腔连通的铜管；所述热腔管连接在其中一个铜环上，进气管连接在另一个铜环上。优选地，所述多根铜管呈环形布置。该集热器的工作原理是：工作气体通过进气管进入集热器的其中一个铜环中，然后分散到多个铜管中，与流过集热器外表的尾气进行充分的热交换，受热后的工作气体经过另一个铜环并从热腔管流出。铜环结构与铜管的环形布置有利于尾气排放顺畅，防止产生被压。

所述散热器包括壳体以及设在壳体内的铜管束，其中，铜管束的两端设有密封圈；壳体上设有进水口、出水口、进气口以及出气口，铜管束的一端与进水口连通，另一端与出水口连通；进气口与冷腔管连接，出气口与进气管连接。该散热器采用水冷方式，水经进水口进入铜管束并从出水口流出，由斯特林发电机的冷腔排出的工作气体从进气口进入壳体与铜管束进行热交换，最后从出气口中排出，具有结构简单、散热效果好的优点。

所述散热器与进气管之间设有气流缓冲器，该缓冲器的一端与散热器的出气口连接，另一端与进气管连接。设置该气流缓冲器可以防止高低温气体的冲击产生波动，类似与电路中的电容。具体地，该气流缓冲器为一中空的球状体。

所述的工作气体为He气。He气作为工作气体是单相气体，可以达到40％的最高效率，气体压力可达13MPa。因此，斯特林发电机采用密闭高压He气，安全可靠，气体在斯特林发电机内循环利用，通过集热器加热，在散热器中冷却，循环往复使斯特林发电机转动发电。

所述亥姆霍兹共振器与进气短管连接，该进气短管的半径为2mm～10mm、长度为5mm～80mm，空腔半径为16mm～100mm、空腔长度为20mm～200mm。进气短管的半径、长度以及空腔半径、长度的数值的选取会对亥姆霍兹共振器的性能产生影响，上述数值范围为一个较佳的实施方案。实际应用中，考虑到排气管的尺寸和排放畅通问题，在保证进气口面积与空腔表面积的比值满足亥姆霍兹共振器结构要求前提下，实际尺寸可以适当增大进气短管半径的值，减小进气短管长度与空腔半径、长度值，这可以有效提高共振器的放大性能，提高金属圈切割磁感线发电的效率。

所述尾气余热发电单元和尾气声波发电单元设置于外罩内，该外罩的端部设有与尾气排放管连接的连接管。