一種安裝在汽車上的雙向整流風力發(fā)電裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及交通【技術領域】，尤其涉及驅動汽車和卡車的風力發(fā)電裝置，提供了一種安裝在汽車上的雙向整流風力發(fā)電裝置，包括汽車本體，發(fā)動機，葉輪機，發(fā)電機，進氣罩，空氣管道，尾氣管道，所述葉輪機由葉輪機殼，包含若干葉片的葉輪和葉輪機軸組成，所述葉輪機與發(fā)電機通過葉輪機軸相連接，所述葉輪機上設置有空氣入口、尾氣入口和混合氣排氣口，所述空氣管道一端與所述葉輪機在空氣入口處連接，所述尾氣管道一端與所述葉輪機在尾氣入口處連接，汽車尾氣與空氣氣流協(xié)同作用于葉輪機連接的發(fā)電機發(fā)電，合理利用了尾氣中的動能和熱能，具有發(fā)電效率高和葉輪機運轉平穩(wěn)的優(yōu)點。
【專利說明】—種安裝在汽車上的雙向整流風力發(fā)電裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及交通【技術領域】，尤其涉及驅動汽車和卡車的風力發(fā)電裝置，該裝置可以安裝在使用燃油或燃氣的機動車輛上。
技術背景
[0002]根據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)的數(shù)據(jù)，汽車是對環(huán)境污染的主要來源之一。汽車所消耗的石油產(chǎn)品占其生產(chǎn)總量的90%以上，并且其能耗的40%?60%用于克服汽車的氣動阻力。目前，人們已嘗試利用不同的方法來減少燃油的消耗量，其中一種方法是在汽車上安裝風力發(fā)電裝置，它通過空氣的流動動能來產(chǎn)生電能。通過這種方式獲得電能，可以用于儲存在附加的充電器內(nèi)(蓄電池，蓄電池組等)和/或用于汽車的運行。安裝在汽車上的風力發(fā)電裝置的核心問題是其工作效率，對于安裝在汽車上的風力發(fā)電裝置，進行葉輪葉片形狀優(yōu)化選擇和/或葉輪環(huán)流繞流角度優(yōu)化選擇均可提高其發(fā)電效率。
[0003]所知道的汽車發(fā)電裝置有美國專利7147069B2 (2006年12月12日申請)和中國專利200880128963.2 (2008年4月25日申請)，它們均利用汽車在行駛時所產(chǎn)生的空氣氣流能量來驅動葉輪發(fā)電，然后將電能用于驅動車輛的車輪和/或儲存在附加的充電器內(nèi)。美國專利7147069B2所給出的發(fā)電裝置的空氣動力學部分，被安裝在汽車前端和沿其兩側，迎面而來的空氣進入葉輪機通風管時具有一定量的動能，該發(fā)電裝置將空氣氣流動能轉化為電能。它是通過里面放置有葉輪的，相對于汽車縱軸方向即垂直于它的運動的橫向和縱向兩個方向的軸旋轉的發(fā)電機的形式來實現(xiàn)。每個葉輪是葉片轉子的形式存在，這些葉片不是平坦的，它們是凸面和凹面的。當汽車運動時，迎面來的空氣驅動葉片并使它們旋轉，即生成所說的電能。葉片的形狀是通過這樣一種方式選擇的，通過有利于迎面而來的空氣流動驅動葉片運行的空氣阻力所產(chǎn)生的電能盡可能最大化(凹面)，以及反向驅動葉片運行的空氣阻力盡可能最小化，也就是說，它比平面的空氣阻力更小(凸面)。中國專利200880128963.2所給出的車輛發(fā)電機組，包括一個與車輛推進裝置相連的發(fā)動機和一個空氣動力學結構，其特征在于發(fā)電裝置的葉輪附近安裝了若干個利用進氣氣流為葉輪形成一個最佳角度環(huán)流繞流的引導片和若干個在葉槳后面的導直葉片，于是一個葉輪的導直葉片使其它葉輪的引導片緊隨其后。
[0004]安裝在汽車上的風力發(fā)電裝置具有良好的應用前景，但現(xiàn)有技術存在以下問題:第一，汽車短暫駐停(發(fā)動機不熄火)將使葉輪機喪失迎面而來的空氣氣流動力直至葉輪機停止轉動，風力發(fā)電裝置葉輪機經(jīng)常性的停轉-起動將直接影響其發(fā)電效率和工作穩(wěn)定性；第二，當迎面而來的空氣氣流作用于風力發(fā)電裝置葉輪機時，葉輪機在一定時段內(nèi)將受到反向驅動力的作用，現(xiàn)有技術主要是依靠葉輪機慣性和減小反向驅動力來保證葉輪機連續(xù)工作的，其工作穩(wěn)定性有待進一步提高。換言之，現(xiàn)有技術的發(fā)電效率和工作穩(wěn)定性還有待進一步提聞。
[0005]另一方面，汽車尾氣所攜帶的能量十分可觀，汽車尾氣能量回收裝置的研究備受人們的關注和重視。目前，汽車尾氣能量主要是以余熱能和/或氣壓能的方式加以利用，如汽車尾氣氣壓能蓄能裝置、汽車尾氣余熱能回收裝置、利用汽車尾氣空氣溫差的發(fā)電裝置、掛車尾氣驅動的空調和汽車尾氣渦輪增壓等。據(jù)報道，掛車尾氣驅動的空調有望讓掛車司機的年耗油量減少9%，碳排放至少減少20噸。目前只有汽車尾氣渦輪增壓實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，其他方法由于技術和其他方面原因，仍處于研制或試驗階段。因此，汽車尾氣的利用具有很大的空間，但汽車尾氣能量回收裝置還有待進一步研發(fā)。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的目的是提供一種可充分利用汽車周圍空氣氣流能量和汽車尾氣能量來發(fā)電的裝置，并具有較高的發(fā)電效率和工作平穩(wěn)性。
[0007]本實用新型提供了一種安裝在汽車上的雙向整流風力發(fā)電裝置，包括汽車本體1，發(fā)動機5，葉輪機11，發(fā)電機2，進氣罩3，空氣管道12，尾氣管道13，所述葉輪機11由葉輪機殼14，包含若干葉片16的葉輪和葉輪機軸17組成，所述葉輪機11與發(fā)電機2通過葉輪機軸17相連接，所述葉輪機11上設置有空氣入口 20、尾氣入口 19和混合氣排氣口 15，所述空氣管道12 —端與所述葉輪機11在空氣入口 20處連接，所述尾氣管道13 —端與所述葉輪機11在尾氣入口 19處連接。
[0008]進一步地，所述葉輪機11上空氣入口 20與尾氣入口 19之間錯開角度取值范圍為40度?60度。
[0009]進一步地，所述葉輪的葉片16數(shù)量是8個。
[0010]進一步地，所述葉輪機安裝在汽車車頭引擎蓋下方位置。
[0011]進一步地，所述葉片結構上安裝可更換的粉塵吸附設備和有害氣體分解催化劑，其催化劑可以是稀土金屬氧化物為主的催化劑，可以是所屬【技術領域】內(nèi)的普通催化劑和粉塵吸附設備，對汽車尾氣實現(xiàn)凈化處理。
[0012]進一步地，所述發(fā)電機產(chǎn)生的電能給汽車本體上的蓄電池充電或者向汽車本體上的電動機供電。
[0013]進一步地，所述汽車本體中設置有減震裝置。
[0014]本實用新型的技術效果如下，其雙向整流原理為:
[0015]汽車發(fā)動機排放出的尾氣經(jīng)排氣管進入葉輪機，迎面而來的空氣氣流由空氣管道引導至葉輪機，汽車尾氣與空氣氣流協(xié)同作用于葉輪機發(fā)電，將空氣氣流和汽車尾氣通向葉輪機的管道入口位置錯開適當?shù)慕嵌圈?，Θ為空氣管道與尾氣管道軸中心延長線的夾角，使空氣氣流或汽車尾氣所產(chǎn)生的反向驅動力交替錯時出現(xiàn)，從而實現(xiàn)葉輪機平穩(wěn)運行。
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本本實用新型的優(yōu)點在于:第一，本裝置合理利用了尾氣中的動能和熱能，加強了對汽車尾氣能量的回收利用。汽車尾氣除了具有充足的動能，還具有較高的熱能，如掛車尾氣溫度大約在500°C?700°C。當汽車尾氣與常溫的空氣混合后，汽車尾氣所攜帶的熱能將使混合氣膨脹做功，從而轉化為推動葉輪機轉動的動能。第二，在汽車行駛過程中，汽車尾氣與迎面而來的空氣氣流協(xié)同作用于葉輪機，汽車尾氣和空氣氣流按照雙向整流模式驅動葉輪機發(fā)電，本實用新型具有發(fā)電效率高和葉輪機運轉平穩(wěn)的優(yōu)點。第三，本裝置中的葉輪機起動性能優(yōu)良，同時可避免因汽車短暫駐停(發(fā)動機未熄滅)導致葉輪機喪失空氣氣流動力而停止工作，從而有效利用迎面而來的空氣氣流和汽車尾氣所攜帶的能量。通常，葉輪機起動時需要消耗相對較大的能量，現(xiàn)有技術僅僅依靠迎面而來的空氣氣流，汽車短暫駐停將直接導致葉輪機喪失迎面而來的空氣氣流動力直至停止工作。本實用新型將迎面而來的空氣氣流和汽車尾氣作為葉輪機的動力，汽車尾氣不僅可大幅提高葉輪機的起動性能，而且還可保證汽車短暫駐停時葉輪機處于運轉狀態(tài)，以避免葉輪機經(jīng)常性的停止-起動，從而實現(xiàn)葉輪機高效發(fā)電和增加葉輪機的使用壽命；第四，本裝置可以使發(fā)電機在任何運行速度下都能保持穩(wěn)定高效運行，產(chǎn)生多余電能將會儲存在電池中，在需要時再提供給推進設備帶來驅動。第五，經(jīng)本裝置葉輪機排出的混合氣氣流速度低于汽車直接排出的尾氣，同時其污染物濃度亦低于汽車直接排出的尾氣，這將有助于汽車尾氣污染物的處理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]為了更充分地描述本實用新型的一些實施方式，將參照附圖。這些附圖不應認為是對本實用新型范圍的限制，而僅僅用于說明。
[0018]圖1是發(fā)電裝置的主要輪廓和主要元件的結構示意圖；
[0019]圖2是是發(fā)電裝置葉輪機的主要結構示意圖；
[0020]圖3是設有該裝置汽車的俯視圖；
[0021]圖4是設有該裝置汽車的主視圖。
具體實施方案
[0022]如圖1，汽車本體I中使用的裝置包括一個空氣動力學部分，該部分在本實例中為發(fā)電機2，它固定于汽車本體I前端的前車蓋中，發(fā)電機2與葉輪機11通過葉輪機軸17相連接，圖1中示意給出了發(fā)電機位置。工作時，進氣氣流通過進氣罩3進入到葉輪機11中。汽車前車蓋中還設有一個前輪電動機4和一個發(fā)動機5，它們通過一個混合傳送器6與發(fā)生器7和發(fā)電機分別相連，它們的協(xié)調操作是由控制器8調節(jié)實現(xiàn)的。所述混合傳送器6，發(fā)生器7,發(fā)電機2,控制器8,前輪電動機4和后輪電動機10均屬于現(xiàn)有技術。在汽車本體I中間的下部安裝了一個蓄電池9，它與后輪電動機10相連。
[0023]當蓄電池9完全放電時，發(fā)動機5開始以公知的方式讓汽車本體I起動(發(fā)動機5可以是氣動柴油機，氣體發(fā)動機，它可以是利用生物燃料來運行的)。
[0024]本裝置的特征是通過在汽車上運用小型垂直軸型風力發(fā)電系統(tǒng)，可以同時利用汽車尾氣攜帶的能量和汽車周圍的風能來發(fā)電。本裝置的發(fā)電原理是建立在風力發(fā)電原理的基礎上，葉輪機11安裝在車頭引擎蓋下方的適當位置，空氣的管道入口和尾氣的管道入口之間錯開適當?shù)慕嵌?，Θ取值?0度?60度實現(xiàn)雙向整流效果較好。
[0025]當汽車剛剛啟動時，外界風速較小，主要由汽車發(fā)動機的廢氣推動葉輪轉動，此時阻力較大。當汽車進入正常行駛狀態(tài)，空氣的速度漸漸接近并超過廢氣的速度，此時主要由空氣氣流帶動葉輪轉動，此時由于葉輪轉動速度較快，會在廢氣進氣口部分形成低壓區(qū)，使廢氣更容易進入葉輪腔內(nèi)，從而加快廢氣的排放。因此，汽車在高速行駛時，空氣氣流對發(fā)電裝置的貢獻較大；汽車在低速行駛時，廢氣對發(fā)電裝置的貢獻較大。此外，汽車尾氣可保證葉輪機在汽車低速行駛時或短暫駐停時也能保持轉動，避免葉輪機經(jīng)常性的停止起動，減少葉輪機起動所需的能量消耗。
[0026]現(xiàn)有資料顯示，汽車排氣口的廢氣速度可達到40?60m/s，約為180km/h。而汽車在高速行駛時速度一般為100km/h，空氣經(jīng)過錐形通氣口后流度會加快，由流體力學的連續(xù)性方程vlAl=v2A2可知。當入口面積為出口面積的兩倍時，空氣的流速就會超過廢氣的流速從而實現(xiàn)主要由空氣流推動葉輪轉動，同時可以加快廢棄的排放。葉輪的轉動會使發(fā)電機發(fā)電，為汽車蓄電池供電，達到節(jié)能環(huán)保的目的，也增加了汽車的續(xù)航能力。
[0027]汽車運行起來后，發(fā)動機5中產(chǎn)生的尾氣氣流經(jīng)過尾氣管道13進入葉輪機殼內(nèi)，外界空氣通過進氣罩3和空氣管道12進入葉輪機殼，空氣氣流和尾氣氣流雙向同時吹動葉片16，葉輪機軸17隨著葉片轉動而轉動帶動發(fā)電機發(fā)電。發(fā)出的電能被儲存起來或者直接推動汽車行駛。在汽車啟動時尾氣氣流速度比空氣氣流大，使葉輪機能夠順利啟動，同時尾氣可以保證葉輪機轉動的狀態(tài)，避免了空氣速度過小導致葉輪機轉動停止。
[0028]本裝置中的發(fā)電機采用是市場上比較普遍的小型風力電力轉換裝置，可以高效地將葉輪機11轉動過程中的機械能轉化成電能，并且能夠將發(fā)出的電能傳入蓄電池9，由蓄電池9向車體內(nèi)各用電器供電。本裝置中還有設有減震裝置18，防止汽車顛簸引起震動對葉輪機造成機械損壞，該減震裝置為現(xiàn)有技術中普通減震裝置。
[0029]當汽車起步或駐停時，汽車發(fā)動機處于工作狀態(tài)，汽車排氣管中的尾氣單獨驅動葉輪發(fā)電；在汽車行駛的過程中，迎面而來的空氣氣流和汽車尾氣協(xié)同作用于葉輪，葉輪機即按照雙向整流模式工作而發(fā)電。具體來說，當空氣氣流產(chǎn)生反向驅動葉輪的空氣阻力時，汽車尾氣產(chǎn)生正向驅動葉輪的空氣阻力，葉輪借助慣性和汽車尾氣正向驅動力克服空氣氣流反向驅動力實現(xiàn)平穩(wěn)運轉；當汽車尾氣產(chǎn)生反向驅動葉輪的空氣阻力時，空氣氣流產(chǎn)生正向驅動葉輪的空氣阻力，葉輪借助慣性和空氣氣流正向驅動力克服汽車尾氣反向驅動力實現(xiàn)平穩(wěn)運轉。
[0030]使用安裝有本實用新型的風力發(fā)電裝置的新型汽車，可以大大減少汽車對化石燃料的依賴，在汽車低速下行駛時可完全由風力發(fā)出的電能來驅動，節(jié)省了大量不可再生資源，同時降低了汽車的行駛成本。由于汽車行駛時回收利用尾氣的熱能和動能，同時利用空氣的動能，減少了一氧化碳、二氧化碳以及其他有害氣體的排放，并降低了熱量對大氣的影響，對于環(huán)境是非常友好的。
【權利要求】
1.一種安裝在汽車上的雙向整流風力發(fā)電裝置，包括汽車本體(1)，發(fā)動機(5)，其特征在于:還包括葉輪機(11)，發(fā)電機(2)，進氣罩(3)，空氣管道(12)，尾氣管道(13)，所述葉輪機(11)由葉輪機殼(14)，包含若干葉片(16)的葉輪和葉輪機軸(17)組成，所述葉輪機(11)與發(fā)電機(2 )通過葉輪機軸(17 )相連接，所述葉輪機(11)上設置有空氣入口( 20 )、尾氣入口( 19)和混合氣排氣口( 15)，所述空氣管道(12) —端與所述葉輪機(11)在空氣入口(20)處連接，所述尾氣管道(13) —端與所述葉輪機(11)在尾氣入口(19)處連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的安裝在汽車上的雙向整流風力發(fā)電裝置，其特征在于:所述葉輪機(11)上空氣入口(20)與尾氣入口(19)之間錯開角度取值范圍為40度?60度。
3.根據(jù)權利要求1所述的安裝在汽車上的雙向整流風力發(fā)電裝置，其特征在于:所述葉輪的葉片(16)數(shù)量是8個。
4.根據(jù)權利要求1所述的安裝在汽車上的雙向整流風力發(fā)電裝置，其特征在于:所述葉輪機(11)安裝在汽車車頭引擎蓋下方位置。
5.根據(jù)權利要求1所述的安裝在汽車上的雙向整流風力發(fā)電裝置，其特征在于:所述葉片(16)上安裝有粉塵吸附設備和有害氣體分解催化劑。
6.根據(jù)權利要求1所述的安裝在汽車上的雙向整流風力發(fā)電裝置，其特征在于:所述發(fā)電機(2)產(chǎn)生的電能給汽車本體上的蓄電池(9)充電或者向汽車本體上的電動機供電。
7.根據(jù)權利要求1所述的安裝在汽車上的雙向整流風力發(fā)電裝置，其特征在于:所述汽車本體(I)中設置有減震裝置(18)。
【文檔編號】F03D9/00GK203770028SQ201420176520
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權日:2014年4月11日
【發(fā)明者】王興豪, 汪鄭宗, 董學勇, 曾得霏, 李霖森, 蔣志剛, 詹豪 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學