基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置制造方法
基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置，由能量输入系统、换热系统、菱形传动系统、能量输出系统组成；该装置安装在汽车排气管的歧管与消音器之间；汽车尾气从发动机汽缸中出来的高温汽车尾气，从入口流入，对管中的斯特林机的工质进行加热，然后排出；加热管中的工质气体，吸收从尾气传递过来的热量后，内能增加；当工质气体从热腔向流向冷腔时，在冷却水的冷却作用下，工质气体温度迅速下降，内冷减少；热腔和冷腔空间的大小似正弦曲线的方式变化，使工质气体在热腔与冷腔中以斯特林循环模式循环，完成热能向动能之间的转换。该装置能有效缓解汽车尾气热污染，提高了燃油利用率。
【专利说明】基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置，该装置能有效缓解汽车尾气热污染，提高了燃油利用率。 【背景技术】
[0002]对汽车尾气余热的回收利用，世界上一些发达国家已经先后展开了相关研究，并取得了一定的成果。其中最受青睐而且已经比较成熟的技术是温差发电技术。在2008年3月，以美国通用汽车公司为首的多家汽车公司开始热电材料的研究并应用于汽车尾气余热的回收利用。后在雪佛兰Suburban上进行了装车试验，试验车辆经历了 5万公里的行驶里程，实验结果表明，该技术将热能转化电能作为混合动力驱动车辆，每加仑燃油可使车辆行驶的距离增加I英里，节省燃油10%。
[0003]相比之下，我国在汽车尾气余热回收方面起步比较晚，在技术和产品自主创新方面几乎还是空白，不过，近几年来在国家自然科学基金及国家“863”研究计划的支持下，在温差发电领域的研究也有了一定的进步。
[0004]现有余热回收利用技术的不足:现有余热发电的主要装置为余热锅炉，它是利用回收废气废液中的热量来发电的。由于工质温度不高，为保证其正常工作，故锅炉体积设计很大，占据空间。
[0005]另一种新型的余热回收方式是利用热电材料发电。但是该方式也存在如下诸多缺
占-
^ \\\.[0006]I)热电材料的加工制作成本很高，且热电材料的热电转化效率很低(〈5%)；
[0007]2)产生铅污染。当前广为使用于热电产生器的材料是碲化铅及其合金，带来铅污染；
[0008]3 )工作温度限制。用于温差发电的热电材料碲化铋及其合金(热电制冷器材料)的最佳运作温度为<450°C，碲化铅及其合金(热电产生器材料)最佳运作温度约为1000°C。而在汽车尾气管中，最高温度为歧管处，温度为800°C、00°C。热电材料工作温度受到限制。
【发明内容】
[0009]针对上述情况，本发明提供一种基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置，利用斯特林机体积小、效率高、成本较低、适用性强的优点，巧妙的配合菱形传动系统，高效的将热能向动能之间的转换，该装置能有效缓解汽车尾气热污染，提高了燃油利用率。
[0010]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置，该装置安装在汽车排气管的歧管与消音器之间，由能量输入系统、换热系统、菱形传动系统、能量输出系统组成。换热系统包括加热器、冷却器和回热器，加热器外套接加热器罩，加热器罩一侧连接进气口，一侧连接出气口，其特征在于:加热器为管式加热器；菱形传动系统位于基座内，由双齿轮(A、B)、动力活塞连杆、配气活塞连杆、动力活塞杆和配气活塞杆组成，动力活塞连杆与配气活塞连杆通过铰链连接并固定于齿轮A靠圆心位置，动力活塞连杆的自由端通过铰链连接动力轭杆，配气活塞连杆的自由端通过铰链连接配气轭杆并固定于离齿轮A离圆心较远的位置；齿轮A和齿轮B相互啮合，且其上的机构为对称结构。
[0011]配气轭杆通过关节轴承连接在配气活塞杆的下端；配气活塞杆内接于动力活塞杆，并贯穿动力轭杆，动力轭杆连接在动力活塞杆的下端。
[0012]动力活塞杆与动力活塞连接；配合活塞杆与配气活塞连接。
[0013]配气活塞和缸体之间组成的热腔，配气活塞与动力活塞组成冷腔；冷腔的温度控制是通过流经冷腔的冷却水来实现；当工质气体从热腔向流向冷腔时，在冷却水的冷却作用下，工质气体温度迅速下降，内冷减少。热腔和冷腔空间的大小以似正弦曲线的方式变化，从而使得工质气体在热腔与冷腔中以斯特林循环模式循环，完成热能向动能之间的转换。
[0014]本发明的有益效果是:斯特林尾气余热利用装置具有体积小、效率高、成本较低、适用性强等优点，能有效缓解汽车尾气热污染，提高了燃油利用率。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明的结构示意图
[0016]图2是菱形传动系统的结构示意图
[0017]图3是冷热腔容积变化曲线图
[0018]图4是加热器管管层向分布图
【具体实施方式】
[0019]下面结合【专利附图】
【附图说明】和实施例对本发明作进一步说明。
[0020]在图1、图2、图3、图4所不的第一实施例中，一种基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置，该装置安装在汽车排气管的歧管与消音器之间，由能量输入系统、换热系统、菱形传动系统、能量输出系统组成。换热系统包括加热器(3)、冷却器(8)和回热器(6),加热器(3)外套接加热器罩(2)，加热器罩(2)—侧连接进气口( 1)，一侧连接出气口(4)，其特征在于:加热器(3)为管式加热器；菱形传动系统位于基座(20)内，由双齿轮(A、B) (15、19)、动力活塞连杆(17)、配气活塞连杆(18)、动力活塞杆(12)和配气活塞杆(11)组成，动力活塞连杆(17)与配气活塞连杆(18)通过铰链连接并固定于齿轮A (15)靠圆心位置，动力活塞连杆(17)的自由端通过铰链连接动力轭杆(13)，配气活塞连杆(18)的自由端通过铰链连接配气轭杆(16)并固定于离齿轮A (15)离圆心较远的位置；齿轮A (15)和齿轮B(19)相互啮合，且其上的机构为对称结构。
[0021]配气轭杆(16)通过关节轴承(14)连接在配气活塞杆(18)的下端；配气活塞杆
(18)内接于动力活塞杆(17)，并贯穿动力轭杆(13)，动力轭杆(13)连接在动力活塞杆(17)的下端。
[0022]动力活塞杆(17)与动力活塞(10)连接；配气活塞杆(18)与配气活塞(7)连接。
[0023]配气活塞(7)和缸体之间组成的热腔(5)，配气活塞(7)与动力活塞(10)组成冷腔(9);冷腔(9)的温度控制是通过流经冷腔(9)的冷却水来实现。汽车尾气温度在900—14000C，从汽车发动机汽缸中出来的高温汽车尾气，从汽车尾气进气口( I)流入，再对管中的斯特林机的工质进行加热，然后排出；由于有单向阀作用，可以控制汽车尾气背压在安全范围内；加热管中的工质气体，吸收从尾气传递过来的热量后，内能增加。如果此时给连接两齿轮的飞轮一个初始速度，由配气活塞(7)和缸体组成的热腔(5)，配气活塞(7)与动力活塞(IO )组成的冷腔(9 )。当工质气体从热腔(5 )向流向冷腔(9 )时，在冷却水的冷却作用下，工质气体温度迅速下降，内冷减少。冷热腔空间大小似正弦曲线的方式变化，从而使得工质气体在热腔(5)与冷腔(9)中以斯特林循环模式循环，带动腔内活塞运动，并通过菱形输出结构带动发电机运转。由于汽车排量变化，转速有波动，故使其经过整流等电路后储存在蓄电池中。
[0024]在图1、图2、图4所示的第二实施例中，加热器(3)主要功能是吸收汽车尾气的热量并将其传递给工质，从而使工质获得做功的能力。它是能量输入的关键部分，其性能的优劣直接影响着整机性能及节能效果。本发明中的加热器(3)采用的是管式加热器。
[0025]影响这部分换热效果因素主要为管的分布。本发明中如图4的管层分布，并经分析后得下表:
[0026]表1外部换热效果
[0027]
【权利要求】
1.一种基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置，该装置安装在汽车排气管的歧管与消音器之间，包括换热系统、菱形传动系统；换热系统包括加热器、冷却器和回热器，加热器外套接加热器罩，加热器罩一侧连接进气口，一侧连接出气口，其特征在于:加热器为管式加热器；菱形传动系统位于基座内，由双齿轮(A/B)、动力活塞连杆、配气活塞连杆、动力活塞杆和配气活塞杆组成，动力活塞连杆与配气活塞连杆通过铰链连接并固定于齿轮A靠圆心位置，动力活塞连杆的自由端通过铰链连接动力轭杆，配气活塞连杆的自由端通过铰链连接配气轭杆并固定于离齿轮A离圆心较远的位置；齿轮A和齿轮B相互啮合，且其上的机构为对称结构； 配气轭杆通过关节轴承连接在配气活塞杆的下端；配气活塞杆内接于动力活塞杆，并贯穿动力轭杆，动力轭杆连接在动力活塞杆的下端； 动力活塞杆与动力活塞连接；配合活塞杆与配气活塞连接。
2.根据权利要求1所述的基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置，其特征在于:配气活塞和缸体之间组成的热腔，配气活塞与动力活塞组成冷腔。
3.根据权利要求2所述的基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置，其特征在于:冷腔的温度控制是通过流经冷腔的冷却水来实现。
4.根据权利要求1或2所述的基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置，其特征在于:热腔和冷腔空间的大小以似正弦曲线的方式变化，使工质气体在热腔与冷腔中以斯特林循环模式循环，完成热能向动能之间的转换。
5.根据权利要求1所述的基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置，其特征在于:配气活塞上端为较长的空心结构。
6.根据权利要求1所述的基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置，其特征在于:动力活塞上端为一空心圆筒。
7.根据权利要求1所述的基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置，其特征在于:加热器中设置增强尾气扰流效果的导流板。
【文档编号】F02G1/043GK103470352SQ201310435988
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】谢勇, 李士盈, 段东升, 黄海涛, 姚亮, 向远陇, 胡颖智, 李瑞亮, 孙章勇 申请人:谢勇, 李士盈, 段东升, 黄海涛, 姚亮, 向远陇, 胡颖智, 李瑞亮, 孙章勇
【专利摘要】本发明涉及一种基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置，由能量输入系统、换热系统、菱形传动系统、能量输出系统组成；该装置安装在汽车排气管的歧管与消音器之间；汽车尾气从发动机汽缸中出来的高温汽车尾气，从入口流入，对管中的斯特林机的工质进行加热，然后排出；加热管中的工质气体，吸收从尾气传递过来的热量后，内能增加；当工质气体从热腔向流向冷腔时，在冷却水的冷却作用下，工质气体温度迅速下降，内冷减少；热腔和冷腔空间的大小似正弦曲线的方式变化，使工质气体在热腔与冷腔中以斯特林循环模式循环，完成热能向动能之间的转换。该装置能有效缓解汽车尾气热污染，提高了燃油利用率。
【专利说明】基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置，该装置能有效缓解汽车尾气热污染，提高了燃油利用率。 【背景技术】
[0002]对汽车尾气余热的回收利用，世界上一些发达国家已经先后展开了相关研究，并取得了一定的成果。其中最受青睐而且已经比较成熟的技术是温差发电技术。在2008年3月，以美国通用汽车公司为首的多家汽车公司开始热电材料的研究并应用于汽车尾气余热的回收利用。后在雪佛兰Suburban上进行了装车试验，试验车辆经历了 5万公里的行驶里程，实验结果表明，该技术将热能转化电能作为混合动力驱动车辆，每加仑燃油可使车辆行驶的距离增加I英里，节省燃油10%。
[0003]相比之下，我国在汽车尾气余热回收方面起步比较晚，在技术和产品自主创新方面几乎还是空白，不过，近几年来在国家自然科学基金及国家“863”研究计划的支持下，在温差发电领域的研究也有了一定的进步。
[0004]现有余热回收利用技术的不足:现有余热发电的主要装置为余热锅炉，它是利用回收废气废液中的热量来发电的。由于工质温度不高，为保证其正常工作，故锅炉体积设计很大，占据空间。
[0005]另一种新型的余热回收方式是利用热电材料发电。但是该方式也存在如下诸多缺
占-
^ \\\.[0006]I)热电材料的加工制作成本很高，且热电材料的热电转化效率很低(〈5%)；
[0007]2)产生铅污染。当前广为使用于热电产生器的材料是碲化铅及其合金，带来铅污染；
[0008]3 )工作温度限制。用于温差发电的热电材料碲化铋及其合金(热电制冷器材料)的最佳运作温度为<450°C，碲化铅及其合金(热电产生器材料)最佳运作温度约为1000°C。而在汽车尾气管中，最高温度为歧管处，温度为800°C、00°C。热电材料工作温度受到限制。
【发明内容】
[0009]针对上述情况，本发明提供一种基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置，利用斯特林机体积小、效率高、成本较低、适用性强的优点，巧妙的配合菱形传动系统，高效的将热能向动能之间的转换，该装置能有效缓解汽车尾气热污染，提高了燃油利用率。
[0010]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置，该装置安装在汽车排气管的歧管与消音器之间，由能量输入系统、换热系统、菱形传动系统、能量输出系统组成。换热系统包括加热器、冷却器和回热器，加热器外套接加热器罩，加热器罩一侧连接进气口，一侧连接出气口，其特征在于:加热器为管式加热器；菱形传动系统位于基座内，由双齿轮(A、B)、动力活塞连杆、配气活塞连杆、动力活塞杆和配气活塞杆组成，动力活塞连杆与配气活塞连杆通过铰链连接并固定于齿轮A靠圆心位置，动力活塞连杆的自由端通过铰链连接动力轭杆，配气活塞连杆的自由端通过铰链连接配气轭杆并固定于离齿轮A离圆心较远的位置；齿轮A和齿轮B相互啮合，且其上的机构为对称结构。
[0011]配气轭杆通过关节轴承连接在配气活塞杆的下端；配气活塞杆内接于动力活塞杆，并贯穿动力轭杆，动力轭杆连接在动力活塞杆的下端。
[0012]动力活塞杆与动力活塞连接；配合活塞杆与配气活塞连接。
[0013]配气活塞和缸体之间组成的热腔，配气活塞与动力活塞组成冷腔；冷腔的温度控制是通过流经冷腔的冷却水来实现；当工质气体从热腔向流向冷腔时，在冷却水的冷却作用下，工质气体温度迅速下降，内冷减少。热腔和冷腔空间的大小以似正弦曲线的方式变化，从而使得工质气体在热腔与冷腔中以斯特林循环模式循环，完成热能向动能之间的转换。
[0014]本发明的有益效果是:斯特林尾气余热利用装置具有体积小、效率高、成本较低、适用性强等优点，能有效缓解汽车尾气热污染，提高了燃油利用率。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明的结构示意图
[0016]图2是菱形传动系统的结构示意图
[0017]图3是冷热腔容积变化曲线图
[0018]图4是加热器管管层向分布图
【具体实施方式】
[0019]下面结合【专利附图】
【附图说明】和实施例对本发明作进一步说明。
[0020]在图1、图2、图3、图4所不的第一实施例中，一种基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置，该装置安装在汽车排气管的歧管与消音器之间，由能量输入系统、换热系统、菱形传动系统、能量输出系统组成。换热系统包括加热器(3)、冷却器(8)和回热器(6),加热器(3)外套接加热器罩(2)，加热器罩(2)—侧连接进气口( 1)，一侧连接出气口(4)，其特征在于:加热器(3)为管式加热器；菱形传动系统位于基座(20)内，由双齿轮(A、B) (15、19)、动力活塞连杆(17)、配气活塞连杆(18)、动力活塞杆(12)和配气活塞杆(11)组成，动力活塞连杆(17)与配气活塞连杆(18)通过铰链连接并固定于齿轮A (15)靠圆心位置，动力活塞连杆(17)的自由端通过铰链连接动力轭杆(13)，配气活塞连杆(18)的自由端通过铰链连接配气轭杆(16)并固定于离齿轮A (15)离圆心较远的位置；齿轮A (15)和齿轮B(19)相互啮合，且其上的机构为对称结构。
[0021]配气轭杆(16)通过关节轴承(14)连接在配气活塞杆(18)的下端；配气活塞杆
(18)内接于动力活塞杆(17)，并贯穿动力轭杆(13)，动力轭杆(13)连接在动力活塞杆(17)的下端。
[0022]动力活塞杆(17)与动力活塞(10)连接；配气活塞杆(18)与配气活塞(7)连接。
[0023]配气活塞(7)和缸体之间组成的热腔(5)，配气活塞(7)与动力活塞(10)组成冷腔(9);冷腔(9)的温度控制是通过流经冷腔(9)的冷却水来实现。汽车尾气温度在900—14000C，从汽车发动机汽缸中出来的高温汽车尾气，从汽车尾气进气口( I)流入，再对管中的斯特林机的工质进行加热，然后排出；由于有单向阀作用，可以控制汽车尾气背压在安全范围内；加热管中的工质气体，吸收从尾气传递过来的热量后，内能增加。如果此时给连接两齿轮的飞轮一个初始速度，由配气活塞(7)和缸体组成的热腔(5)，配气活塞(7)与动力活塞(IO )组成的冷腔(9 )。当工质气体从热腔(5 )向流向冷腔(9 )时，在冷却水的冷却作用下，工质气体温度迅速下降，内冷减少。冷热腔空间大小似正弦曲线的方式变化，从而使得工质气体在热腔(5)与冷腔(9)中以斯特林循环模式循环，带动腔内活塞运动，并通过菱形输出结构带动发电机运转。由于汽车排量变化，转速有波动，故使其经过整流等电路后储存在蓄电池中。
[0024]在图1、图2、图4所示的第二实施例中，加热器(3)主要功能是吸收汽车尾气的热量并将其传递给工质，从而使工质获得做功的能力。它是能量输入的关键部分，其性能的优劣直接影响着整机性能及节能效果。本发明中的加热器(3)采用的是管式加热器。
[0025]影响这部分换热效果因素主要为管的分布。本发明中如图4的管层分布，并经分析后得下表:
[0026]表1外部换热效果
[0027]
【权利要求】
1.一种基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置，该装置安装在汽车排气管的歧管与消音器之间，包括换热系统、菱形传动系统；换热系统包括加热器、冷却器和回热器，加热器外套接加热器罩，加热器罩一侧连接进气口，一侧连接出气口，其特征在于:加热器为管式加热器；菱形传动系统位于基座内，由双齿轮(A/B)、动力活塞连杆、配气活塞连杆、动力活塞杆和配气活塞杆组成，动力活塞连杆与配气活塞连杆通过铰链连接并固定于齿轮A靠圆心位置，动力活塞连杆的自由端通过铰链连接动力轭杆，配气活塞连杆的自由端通过铰链连接配气轭杆并固定于离齿轮A离圆心较远的位置；齿轮A和齿轮B相互啮合，且其上的机构为对称结构； 配气轭杆通过关节轴承连接在配气活塞杆的下端；配气活塞杆内接于动力活塞杆，并贯穿动力轭杆，动力轭杆连接在动力活塞杆的下端； 动力活塞杆与动力活塞连接；配合活塞杆与配气活塞连接。
2.根据权利要求1所述的基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置，其特征在于:配气活塞和缸体之间组成的热腔，配气活塞与动力活塞组成冷腔。
3.根据权利要求2所述的基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置，其特征在于:冷腔的温度控制是通过流经冷腔的冷却水来实现。
4.根据权利要求1或2所述的基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置，其特征在于:热腔和冷腔空间的大小以似正弦曲线的方式变化，使工质气体在热腔与冷腔中以斯特林循环模式循环，完成热能向动能之间的转换。
5.根据权利要求1所述的基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置，其特征在于:配气活塞上端为较长的空心结构。
6.根据权利要求1所述的基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置，其特征在于:动力活塞上端为一空心圆筒。
7.根据权利要求1所述的基于斯特林发动机的汽车尾气余热回收装置，其特征在于:加热器中设置增强尾气扰流效果的导流板。
【文档编号】F02G1/043GK103470352SQ201310435988
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】谢勇, 李士盈, 段东升, 黄海涛, 姚亮, 向远陇, 胡颖智, 李瑞亮, 孙章勇 申请人:谢勇, 李士盈, 段东升, 黄海涛, 姚亮, 向远陇, 胡颖智, 李瑞亮, 孙章勇
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