一种汽车尾气的热能和动能利用装置

技术领域

本申请涉及尾气利用技术领域，尤其涉及一种汽车尾气的热能和动能利用装置。

背景技术

随着社会的不断发展，越来越多的家庭拥有自己的私家车，但是随着车辆的增多，尾气的排放量也急剧增多。如今国家提倡节能环保，解决节能环保问题是扩内需、稳增长、调结构，以及我国一项重要而紧迫的任务，加快发展节能环保产业，对促进节能减排和民生改善具有十分重要的意义。

目前汽车尾气中的碳氢化合物和氮氧化合物的成分在市场上已有的三元催化器的净化作用下已经大幅减少，但是尾气中未充分燃烧的碳氢化合物和氮氧化合物的尾气余热却被忽略，造成尾气热能一定程度上的浪费。

发明内容

本申请实施例通过提供一种汽车尾气的热能和动能利用装置，能够在现有三元催化器输出的尾气热能增多的基础上提高尾气中剩余能量的利用率。

本发明实施例提供了一种汽车尾气的热能利用装置，包括温差发电机构、蠕动泵和电能收集模块；所述温差发电机构包括至少两组温差发电结构；沿汽车的三元催化器的尾气管道的轴向，至少两组温差发电结构直线阵列设置于所述尾气管道的外壁；至少两组温差发电结构依次串联，首组温差发电结构的输入端与所述蠕动泵的输出端连通，末尾的所述温差发电结构的输出端与所述蠕动泵的输入端连通；所述蠕动泵包括上壳、下壳、驱动结构、软管和两组滚轮组件；所述上壳和所述下壳对接合并后能够形成S型软管安装通道和被所述S型软管安装通道隔开的两个安装内腔；所述软管设置于所述S型软管安装通道，且输入端与末尾的所述温差发电结构的输出端连通，输出端与所述蠕动泵的输入端连通；两组所述滚轮组件分别设置于一个所述安装内腔内，且均能够挤压或释放所述软管；所述驱动结构用于驱动所述滚轮组件转动；所述温差发电机构与所述电能收集模块电连接。

在一种可能的实现方式中，所述滚轮组件包括上盖、下盖和至少两个滚轮；所述上盖和所述下盖平行设置，且所述上盖和所述下盖之间形成安装空间；所述上盖的上表面设置有转轴，所述转轴的轴线垂直于所述上表面并伸出所述上壳后与所述驱动结构连接；至少两个所述滚轮设置于所述安装空间且均与所述上盖和所述下盖转动连接，其轴线与所述转轴平行且绕所述转轴环形阵列；至少两个所述滚轮的滚轮壁能够挤压或释放所述软管。

在一种可能的实现方式中，所述温差发电结构包括至少两组温差发电组件；至少两组所述温差发电组件沿所述尾气管道的周向环形阵列设置；所述温差发电组件包括温差发电片和水冷片；所述温差发电片的一侧贴设于所述尾气管道的外壁，另一侧贴设所述水冷片；至少两个所述水冷片依次串联，首组所述温差发电结构的首个所述水冷片的输入端与所述蠕动泵的输出端连通，末尾的所述温差发电结构的最后一个所述水冷片的输出端与所述蠕动泵的输入端连通。

在一种可能的实现方式中，汽车尾气的热能利用装置还包括尾气动能利用机构；所述尾气动能利用机构安装于汽车的尾气排气管的末端并与电能收集模块电连接，用于将所述尾气排气管内排出的尾气的动能转化为电能，并将所述电能传输至所述电能收集模块。

在一种可能的实现方式中，所述尾气动能利用机构包括轴承、涡管和发电机；所述涡管包括进气筒和排气柱体；所述进气筒的一端与所述排气柱体的一端连接，且所述进气筒与所述排气柱体同轴；所述排气柱体上设置有安装通孔和至少两个排气通道；所述安装通孔贯穿所述排气柱体且与所述排气柱体同轴；每个所述排气通道均螺旋设置于所述排气柱体内，且其进气口与所述进气筒连通，排气口位于所述排气柱体的外壁，并使输入自身的所述尾气以相切于所述排气柱体的外侧壁的角度喷出；所述轴承的内圈套设于所述进气筒的外壁，外圈卡设于所述尾气排气管的末端的内腔；所述安装通孔套设于所述发电机的电机轴，所述发电机与所述电能收集模块电连接。

在一种可能的实现方式中，所述尾气动能利用机构还包括固定筒和至少两个固定板；所述固定筒设置于所述进气筒的内腔并与所述进气筒同轴；至少两个所述固定板的一端周向阵列连接于所述固定筒的外壁，另一端连接于所述固定筒的内壁；所述固定筒、所述固定板与所述进气筒的连接所述排气柱体的一端的端面平齐。

在一种可能的实现方式中，所述电能收集模块包括第一稳压子模块、升压子模块和蓄电池；所述第一稳压子模块与所述温差发电机构电连接，用于将所述温差发电机构输入的第一电压稳压至第一预设电压值得到第一稳压电压；所述升压子模块与所述第一稳压子模块电连接，用于将所述第一稳压子模块输入的第一稳压电压升压至第二预设电压值得到升压电压；所述蓄电池与所述升压子模块电连接，用于将所述升压子模块输入的所述升压电压进行储存。

在一种可能的实现方式中，所述电能收集模块还包括判断子模块和第二稳压子模块；所述温差发电机构、所述第一稳压子模块和所述第二稳压子模块均与所述判断子模块电连接，所述判断子模块用于判断所述温差发电机构输入的所述第一电压是否大于或等于所述第三预设电压值，其中，所述第三预设电压值小于所述第一预设电压值；当所述第一电压大于或等于所述第三预设电压值，将所述第一电压输入至所述第一稳压子模块；当所述第一电压小于所述第三预设电压值，将所述第一电压输入至所述第二稳压子模块，所述第二稳压子模块用于将所述第一电压稳压至大于或等于所述第三预设电压值后得到第二电压，再将所述第二电压输入所述第一稳压子模块。

在一种可能的实现方式中，所述电能收集模块还包括第三稳压子模块；所述尾气动能利用机构和所述升压子模块均与所述第三稳压子模块电连接，第三稳压子模块用于将所述尾气动能利用机构输入的所述电能的第三电压稳压至所述第三预设电压值得到第三稳压电压，再将所述第三稳压电压输送至所述升压子模块。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例提供了一种汽车尾气的热能利用装置，包括温差发电机构、蠕动泵和电能收集模块。温差发电机构包括至少两组温差发电结构。沿汽车的三元催化器的尾气管道的轴向，至少两组温差发电结构直线阵列设置于尾气管道的外壁。至少两组温差发电结构依次串联，首组温差发电结构的输入端与蠕动泵的输出端连通，末尾的温差发电结构的输出端与蠕动泵的输入端连通。蠕动泵包括上壳、下壳、驱动结构、软管和两组滚轮组件。上壳和下壳对接合并后能够形成S型软管安装通道和被S型软管安装通道隔开的两个安装内腔。软管设置于S型软管安装通道，且输入端与末尾的温差发电结构的输出端连通，输出端与蠕动泵的输入端连通。两组滚轮组件分别设置于一个安装内腔内，且均能够挤压或释放软管。驱动结构用于驱动滚轮组件转动。温差发电机构与电能收集模块电连接。本申请的热能利用装置，温差发电机构能够将尾气的热能转化成电能并被电能收集模块储存，蠕动泵运行稳定且保证其软管内的冷凝液体较快地流动，能在一定程度上维持温差发电机构两端较高的温差，保证温差发电机构的发电效率。采用本申请的尾气热能利用装置，能够在现有三元催化器输出的尾气热能增多的基础上提高尾气中剩余能量的利用率，一定程度上利用了汽车尾气余热，减少了尾气热能的浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的汽车尾气的热能利用装置的结构示意图一；

图2为本申请实施例提供的汽车尾气的热能利用装置的结构示意图二；

图3为本申请实施例提供的蠕动泵的结构示意图一；

图4为本申请实施例提供的蠕动泵的结构示意图二；

图5为本申请实施例提供的滚轮组件的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的上盖的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的下盖的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的涡管的结构示意图一；

图9为本申请实施例提供的涡管的结构示意图二；

图10为本申请实施例提供的涡管的结构示意图三；

图11为本申请实施例提供的涡管的结构示意图四；

图12为图11中A-A向结构示意图；

图13为图11中B-B向结构示意图；

图14为图11中C-C向结构示意图；

图15为图11中D-D向结构示意图；

图16为本申请实施例提供的电能收集模块的结构示意图；

图17为本申请实施例提供的总控开关子模块的电路结构示意图；

图18为本申请实施例提供的第一稳压子模块的电路结构示意图；

图19为本申请实施例提供的升压子模块的电路结构示意图；

图20为本申请实施例提供的判断子模块的电路结构示意图；

图21为本申请实施例提供的第二稳压子模块的电路结构示意图；

图22为本申请实施例提供的第三稳压子模块的电路结构示意图；

图23为本申请实施例提供的供电子模块的电路结构示意图；

图24为本申请实施例提供的温差发电机构发电原理结构示意图；

图25为本申请实施例提供的掺入摩尔百分比不同的Bi时S随温度变化散点图。

图标：1-温差发电机构；11-温差发电结构；111-温差发电组件；1111-发电片；1112-水冷片；2-蠕动泵；21-上壳；22-下壳；23-滚轮组件；231-上盖；2311-转轴；2312-上盖板；2313-螺丝放置筒；2314-上轴承固定柱；232-下盖；2321-固定轴；2322-下盖板；2323-螺母放置筒；2324-下轴承固定柱；233-滚轮；24-S型软管安装通道；25-安装内腔；3-尾气动能利用机构；31-涡管；311-进气筒；312-排气柱体；3121-安装通孔；3122-排气通道；31221-圆弧段；31222-直线段；313-固定筒；314-固定板；4-电能收集模块；41-第一稳压子模块；411-第一稳压芯片；42-升压子模块；421-升压芯片；43-蓄电池；44-判断子模块；441-比较器；442-反相器；443-第一通断控制件；444-第二通断控制件；45-第二稳压子模块；451-第二稳压芯片；46-第三稳压子模块；461-第三稳压芯片；47-第一防倒灌子模块；48-第二防倒灌子模块；49-供电子模块；40-总控开关子模块；401-总控开关；5-尾气管道；R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-第三电阻；R4-第四电阻；R5-第五电阻；R6-第六电阻；R7-第七电阻；R8-第八电阻；R9-第九电阻；R10-第十电阻；R11-第十一电阻；R12-第十二电阻；R13-第十三电阻；R14-第十四电阻；R15-第十五电阻；R16-第十六电阻；R17-第十七电阻；R18-第十八电阻；R19-第十九电阻；R20-第二十电阻；F1-第一熔断器；F2-第二熔断器；F3-第三熔断器；F4-第四熔断器；L1-第一电感；L2-第二电感；L3-第三电感；L4-第四电感；CE1-第一有极性电容；CE2-第二有极性电容；gre1-第一发光二极管；gre2-第二发光二极管；D1-第一二极管；D2-第二二极管；D3-第三二极管；D4-第四二极管；D5-第五二极管；D6-第六二极管；D7-第七二极管；D8-第八二极管；D9-第九二极管；C1-第一电容；C2-第二电容；C3-第三电容；C4-第四电容；C5-第五电容；C6-第六电容；C7-第七电容；C8-第八电容；C9-第九电容；C10-第十电容；C11-第十一电容；C12-第十二电容；C13-第十三电容；C14-第十四电容；C15-第十五电容；C16-第十六电容；F1-第一熔断器；F2-第二熔断器；F3-第三熔断器；F4-第四熔断器；JP1-第一接插头；JP2-第二接插头；JP3-第三接插头；JP4-第四接插头；JP5-第五接插头；JP6-第六接插头；JP7-第七接插头；JP8-第八接插头；SW1-第一开关动作端；SW2-第二开关动作端；SW3-第三开关动作端；SW4-第四开关动作端；SW7-第七开关动作端；SW8-第八开关动作端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

请参照图1所示，本发明实施例提供了一种汽车尾气的热能利用装置，包括温差发电机构1、蠕动泵2和电能收集模块4。

温差发电机构1包括至少两组温差发电结构11。其中，温差发电结构11可以为两组、三组、四组等，如图1示出了温差发电结构11为七组的结构示意图。

沿汽车的三元催化器的尾气管道5的轴向，至少两组温差发电结构11直线阵列设置于尾气管道5的外壁。至少两组温差发电结构11依次串联，如图1所示，相邻的温差发电结构11之间通过管子串联，该管子可以是胶管，也可以为如图1所示的虾米管，当然，用虾米管更方便管子长度的调节，也能够减小温差发电机构1的体型。首组温差发电结构11的输入端与蠕动泵2的输出端连通，末尾的温差发电结构11的输出端与蠕动泵2的输入端连通。其中，温差发电机构1和蠕动泵2中流动的物质为冷凝液体，该冷凝液体可以是水、冷凝液等。

本申请实施例的温差发电机构1是基于塞贝克效应把热能转化为电能，具体地，当一对温差热电偶的两端处于不同温度时，热电偶两端的温差电动势就可作为电源。常用的是半导体温差热电偶。半导体温差热电偶发电原理如图24所示，在N型半导体和P型半导体组成的回路中，向不同金属两端施加不同的温度时，N型半导体中的电子和P型半导体中的空穴将由热端向冷端移动，产生温差电动势，进而将尾气余热转化为电能储存起来。塞贝克效应计算公式为

Bi-Ni-Co-Pd-U-Cu-Mn-Ti-Hg-Pb-Sn-Cr-Mo-Rb-Ir-Au-Ag-Zn-W-Cd-Fe-As-Sb-Te；

塞贝克在研究时指出，当序列中任意两种金属构成闭合回路时，电流将从排序较前的金属经热接头流向排序较后的金属。本申请使用的温差发电材料使用了Te-Bi烧结工艺，记S＝|S

如图3和图4所示，蠕动泵2包括上壳21、下壳22、驱动结构、软管和两组滚轮组件23。上壳21和下壳22对接合并后能够形成S型软管安装通道24和被S型软管安装通道24隔开的两个安装内腔25。由于存在热传导，尾气的内能会使通过温差发电机构1的冷凝液体升温，蠕动泵2用于驱动冷凝液体循环，使低温端温度不至于过高，能在一定程度上维持温差发电机构1的两端较高的温差，保证温差发电机构1的发电效率。其中，如图3所示，上壳21和下壳22的外形相同，上壳21和下壳22对接合并后形成的外壳的上底面和下底面的外轮廓均包括两段半圆弧和两段直线，两段直线平行设置，两段半圆弧分别设置于平行直线的两端，即该外轮廓类似一圈跑道的形状。

软管设置于S型软管安装通道24，且输入端与末尾的温差发电结构11的输出端连通，输出端与蠕动泵2的输入端连通。两组滚轮组件23分别设置于一个安装内腔25内，且均能够挤压或释放软管，其挤压形成的压力的分力与管内冷凝液体流动方向同向，使得冷凝液体能够流通。驱动结构用于驱动滚轮组件23转动，从而使两组滚轮组件23均沿软管内的冷凝液体的流动方向旋转，示例的，如图4所示，若冷凝液体从左向右流动，则滚轮组件23均逆时针旋转。目前的蠕动泵2为三角形或者六边形，三角形的蠕动泵2流速快，但是稳定性差，六角形的蠕动泵2稳定性好，但是流速较慢，本申请实施例提供的蠕动泵2，上壳21和下壳22对接合并后能够形成S型软管安装通道24，将软管设置于该S型软管安装通道24，并将两组滚轮组件23分别设置于一个安装内腔25内，形成“双转辊子式”蠕动泵2，能够使蠕动泵2运行稳定性好且流速较快，而且能够以较低能耗推动冷凝液体循环。

温差发电机构1与电能收集模块4电连接，从而温差发电机构1将汽车尾气转化为电能之后再输送至电能收集模块4被存储。

本发明实施例提供了一种汽车尾气的热能利用装置，包括温差发电机构1、蠕动泵2和电能收集模块4。温差发电机构1包括至少两组温差发电结构11。沿汽车的三元催化器的尾气管道5的轴向，至少两组温差发电结构11直线阵列设置于尾气管道5的外壁。至少两组温差发电结构11依次串联，首组温差发电结构11的输入端与蠕动泵2的输出端连通，末尾的温差发电结构11的输出端与蠕动泵2的输入端连通。蠕动泵2包括上壳21、下壳22、驱动结构、软管和两组滚轮组件23。上壳21和下壳22对接合并后能够形成S型软管安装通道24和被S型软管安装通道24隔开的两个安装内腔25。软管设置于S型软管安装通道24，且输入端与末尾的温差发电结构11的输出端连通，输出端与蠕动泵2的输入端连通。两组滚轮组件23分别设置于一个安装内腔25内，且均能够挤压或释放软管。驱动结构用于驱动滚轮组件23转动。温差发电机构1与电能收集模块4电连接。本申请的热能利用装置，温差发电机构1能够将尾气的热能转化成电能并被电能收集模块4储存，蠕动泵2运行稳定且保证其软管内的冷凝液体较快地流动，能在一定程度上维持温差发电机构1两端较高的温差，保证温差发电机构1的发电效率。采用本申请的尾气热能利用装置，能够在现有三元催化器输出的尾气热能增多的基础上提高尾气中剩余能量的利用率，一定程度上利用了汽车尾气余热，减少了尾气热能的浪费。

如图5～7所示，滚轮组件23包括上盖231、下盖232和至少两个滚轮233。其中，滚轮233的个数可以是两个、三个、四个等个数，如图5示出了滚轮233的个数为三个的结构示意图。相对于设置其他个数的滚轮233，设置三个滚轮233既能保证蠕动泵2的稳定性和效率，也能使蠕动泵2的成本比较合理。

上盖231和下盖232平行设置，且上盖231和下盖232之间形成安装空间。具体地，上盖231的下表面上设置有三个螺丝放置筒2313，并在上盖231上设置有与三个螺丝放置筒2313位置相对应的通孔，下盖232的上表面设置有三个螺母放置筒2323，并在下盖232上设置有与三个螺母放置筒2323位置相对应的通孔，将上盖231的下表面和下盖232的上表面相对放置后，三个螺丝放置筒2313和三个螺母放置筒2323分别一一对应，将三个螺丝分别从上盖231上的通孔放入三个螺丝放置筒2313，将三个螺母分别从下盖232的通孔放入三个螺母放置筒2323，之后将螺丝和螺母固定，即可将上盖231和下盖232固定并形成一个稳定的安装空间。

上盖231的上表面设置有转轴2311，转轴2311的轴线垂直于上表面并伸出上壳21后与驱动结构连接，具体地，上盖231的上盖板2312的上表面设置有转轴2311。该转轴2311上套设一个固定轴承，固定轴承的外圈卡设于上壳21上的通孔。转轴2311从该通孔伸出后与驱动结构连接，驱动结构能够带动滚轮组件23转动。同时，下盖232的下盖板2322的下表面设置有固定轴2321，固定轴2321的轴线垂直于下表面，该固定轴2321上套设另一个固定轴承后，固定轴承的外圈卡设于下壳22的固定盲孔中，从而实现滚轮组件23与上壳21和下壳22的固定以及转动连接。

至少两个滚轮233设置于安装空间且均与上盖231和下盖232转动连接，其轴线与转轴2311平行且绕转轴2311环形阵列。示例的，如图5～7所示，当滚轮组件23包括三个滚轮233时，上盖231的上盖板2312和下盖232的下盖板2322均呈类三角形状，每个滚轮233的上端面设置有向下凹进的轴承安装孔，上盖板2312的下表面设置有三根上轴承固定柱2314，一个转动轴承的外圈卡设于一个轴承安装孔，内圈套设于一根上轴承固定柱2314；每个滚轮233的下端面设置有向上凹进的轴承安装孔，下盖板2322的上表面设置有三根下轴承固定柱2324，一个转动轴承的外圈卡设于一个轴承安装孔，内圈套设于一根下轴承固定柱2324，即可实现每个滚轮233与上盖231和下盖232的转动连接。至少两个滚轮233的滚轮233壁能够挤压或释放软管。

本申请实施例提供的滚轮组件23，结构简单、易于加工制作，运行稳定且效率较高。

如图2所示，温差发电结构11包括至少两组温差发电组件111。根据尾气管道5外壁的形状，温差发电结构11可以包括两组、三组、四组等组数的温差发电组件111，图2示出了温差发电组件111包括六组温差发电组件111的结构示意图，结合图1和图2示出了总共有四十二组温差发电组件111的结构示意图。当然，温差发电结构11也可以为内壁与尾气管道5外壁的形状相匹配的环状温差发电组件111，其套设于尾气管道5外壁，相对而言，温差发电结构11包括至少两组温差发电组件111，更便于温差发电组件111的安装。

至少两组温差发电组件111沿尾气管道5的周向环形阵列设置。继续参照图2所示，温差发电组件111包括温差发电片1111(可采用12706半导体制冷片)和水冷片1112。温差发电片1111的一侧贴设于尾气管道5的外壁，具体地，温差发电片1111的一侧通过导热介质(硅胶)紧贴于尾气管道5的外壁，另一侧贴设水冷片1112，水冷片1112为温差发电片1111提供温差环境。

至少两个水冷片1112依次串联，如图1和图2所示，相邻的水冷片1112之间通过管子串联，该管子可以是胶管，也可以为如图1和图2所示的虾米管，当然，用虾米管更方便管子长度的调节，也能够进一步减小温差发电机构1的体型。首组温差发电结构11的首个水冷片1112的输入端与蠕动泵2的输出端连通，末尾的温差发电结构11的最后一个水冷片1112的输出端与蠕动泵2的输入端连通。本申请实施例提供的温差发电组件111的结构简单，成本较低，水冷效果较好，能够保证温差发电机构1的发电效率。

在高温尾气管道5外贴设温差发电片1111后，随着热能利用装置工作时间的增长，温差发电片1111的冷端会变热，导致温差发电片1111两端温差变小，进而导致温差电动势降低，发电效率下降。为解决此问题，必须加强冷端的散热。本申请实施例提供的水冷片1112采用铝材料制作而成，能够提高冷端的散热效率。

本申请实施例提供了热能利用装置的热电效率的理论计算，通过Ansys仿真模拟了汽车尾气在以1m/s的流速通入尾气管道5，蠕动泵2以60mL/min流量工作时，12706半导体制冷片(陶瓷外壳)的温差，由仿真结果可知12706制冷片的两端温差可以保持在500k～600k，而根据碲化铋的塞贝克系数S＝0.19×10

进一步地，本发明实施例提供的汽车尾气的热能利用装置还包括尾气动能利用机构3。尾气动能利用机构3安装于汽车的尾气排气管的末端并与电能收集模块4电连接，用于将尾气排气管内排出的尾气的动能转化为电能，并将电能传输至电能收集模块4。尾气动能利用机构3的设置，能够使本申请的热能利用装置不仅能利用尾气的余热，还能一定程度上回收利用尾气的动能。

如图8～15所示，尾气动能利用机构3包括轴承、涡管31和发电机。涡管31包括进气筒311和排气柱体312。进气筒311的一端与排气柱体312的一端连接，具体地，进气筒311的一端与排气柱体312的一端固定连接，优选地，一体成型。且进气筒311与排气柱体312同轴。排气柱体312上设置有安装通孔3121和至少两个排气通道3122。安装通孔3121贯穿排气柱体312且与排气柱体312同轴。每个排气通道3122均螺旋设置于排气柱体312内，且其进气口与进气筒311连通，排气口位于排气柱体312的外壁，并使输入自身的尾气以相切于排气柱体312的外侧壁的角度喷出，从而产生一个相切于外侧壁且垂直于涡管31的轴线的相互作用力以推动涡管31绕自身轴线转动。由于此尾气动能利用机构3将一定程度上影响汽车尾气排放，综合考虑，在对汽车排气影响造成的其他方面影响可忽略不计的前提下，本申请的涡管31对尾气动能转化的利用率更高。进一步地，如图12所示，图11的A-A向视图中，排气通道3122包括圆弧段31221和直线段31222，圆弧段31221的一端与进气筒311连通，圆弧段31221的另一端与直线段31222的一端连通，直线段31222的另一端位于排气柱的外壁，将排气通道3122设置成圆弧段31221和直线段31222，能够使尾气进入排气柱体312之后产生更大的旋转力，使涡管31对尾气动能转化的利用率更高。当然，排气通道3122可以全部为圆弧状。

轴承的内圈套设于进气筒311的外壁，外圈卡设于尾气排气管的末端的内腔。安装通孔3121套设于发电机的电机轴，从而涡管31带动发电机同轴转动，同时发电机向外输出电能。发电机与电能收集模块4电连接。发电机机身通过电机固定装置固定。

在实际使用时，汽车尾气从涡管31的进气筒311进入排气柱体312的排气通道3122，由于排气柱体312的排气通道3122均螺旋设置于排气柱体312内且其排气口位于排气柱体312的外壁，并使尾气以相切与排气柱体312外侧壁的角度喷出，进气筒311的进气筒311的外壁套设轴承，轴承的外圈卡设于尾气排气管的末端的内腔，从而涡管31能够相对尾气排气管转动。而涡管31上的排气柱体312的安装通孔3121套设于发电机的电机轴，从而涡管31能够带动发动机的转子转动，从而发动机能够发电，发电机与电能收集模块4电连接，能够将电能输送至电能收集模块4并被储存。

如图10所示，尾气动能利用机构3还包括固定筒313和至少两个固定板314。固定板314可以为两个、三个、四个等，图10示出了固定板314为四个的结构示意图。固定筒313设置于进气筒311的内腔并与进气筒311同轴。至少两个固定板314的一端周向阵列连接于固定筒313的外壁，另一端连接于固定筒313的内壁。固定筒313、固定板314与进气筒311的连接排气柱体312的一端的端面平齐，从而方便固定筒313的端面与排气柱体312的端面连接。一般固定筒313的内径与排气柱体312的安装通孔3121的内径一致。在实际中，在涡管31的带动下转动，而转动容易产生离心力，使电机向外飞出，为了使电机不易往外飞出，电机轴设置得较长，设置固定筒313能够将电机的电机轴进一步固定，而固定板314的设置能够方便对固定筒313进行固定，另一方便，能够将进气筒311分隔成与固定板314数量一致的进气子通道，从而方便尾气的分流。

进一步地，固定板314的数量与排气通道3122的数量一致，以将固定筒313与进气筒311之间的空间分割成与排气通道3122数量一致的进气子通道，且每个排气通道3122的进气口与一个进气子通道连通。从而能够使固定板314更好地分流，且固定板314不会挡住排气通道3122的进气口。

在实际应用中，在2.0L排量的四冲程发电机以3000r/min运转时尾气流速约为36.1m/s，此时气体温度降可忽略，此条件下采用本申请实施例的轴承、涡管31和发电机的尾气动能利用机构3动能最大输出功率实际测量值55W，发电效率80％。本申请的温差发电机构1和尾气动能利用机构3可实现理论最大输出功率100.5W+55W＝155.5W。综合考虑环境等因素，取总体发电效率为50％进行保守估算，则估计实际平均功率约为75W，按照货车司机每天平均驾驶时长8h计算，年平均可节省电能7.5×10

如图16所示，电能收集模块4包括第一稳压子模块41、升压子模块42(Boost子模块)和蓄电池43。第一稳压子模块41与温差发电机构1电连接，一般温差发电机构1所转化的电能不太稳定，第一稳压子模块41用于将温差发电机构1输入的第一电压稳压至第一预设电压值得到第一稳压电压。升压子模块42与第一稳压子模块41电连接，用于将第一稳压子模块41输入的第一稳压电压升压至第二预设电压值得到升压电压。蓄电池43与升压子模块42电连接，用于将升压子模块42输入的升压电压进行储存。实际中，在车辆行驶时，升压子模块42将升压后的升压电压储存到蓄电池43中。其中，本领域技术人员根据实际需求设定第一预设电压值和第二预设电压值的大小。示例的，当第一预设电压值为12V时，第二预设电压值为14.2V时，即第一稳压子模块41用于将温差发电机构1输入的第一电压稳压至12V得到第一稳压电压，升压子模块42用于将第一稳压子模块41输入的12V的第一稳压电压升压至14.2V得到升压电压。蓄电池43再将升压子模块42输入的14.2V的升压电压进行储存。采用本申请的电能收集模块4，能够将温差发电机构1输入的电能稳压至所需的升压电压并储存。一般温差发电机构1的电能在3.3V～12V之间，第一稳压子模块41能够将高于5V的电压稳定至12V输出。升压子模块42能够将前级稳定至12V的第一稳压电压升压至第二预设电压值14.2V得到升压电压，并为蓄电池43充电。

具体地，如图18示出了第一稳压子模块41的具体电路示意图。第五二极管D5(可采用型号为FR107的二极管)和第三电感L3(150uH)的一端均与第一稳压芯片411(其可以采用型号为MC34063的芯片)的第一端电连接，第五二极管D5的另一端与第二接插头JP2的第二端电连接，第九电阻R9(200R)的一端、第十电阻R10(1R)的一端和第一稳压芯片411的第七端分别与第三电感L3的另一端电连接，第九电阻R9的另一端与第一稳压芯片411的第八端电连接，第十电阻R10的另一端与温差发电机构1电连接，第一稳压芯片411的第六端也与温差发电机构1电连接，第十七电阻R17(10k)和第十八电阻R18(1.2k)的一端均与第一稳压芯片411的第五端电连接，第十八电阻R18的另一端接地；第十七电阻R17的另一端电连接于第二接插头JP2的第二端与第五二极管D5之间，第十九电阻R19(4.7k)的一端与第二发光二极管gre2的一端电连接，第十九电阻R19的另一端电连接于第二接插头JP2的第二端与第五二极管D5之间，第二发光二极管gre2的另一端接地；第二有极性电容CE2(47uF/25V)与第六电容C6(0.1uf)并联，其一端共同连接于第二接插头JP2的第二端与第五二极管D5之间，另一端共同接地；第一稳压芯片411的第二端和第四端接地，第三端电连接于第十电容C10(100pf)的一端，第十电容C10的另一端接地；第七电容C7(0.1uf)的一端连接于第一稳压芯片411的第六端与温差发电机构1之间，另一端接地；第一稳压子模块41的第二接插头JP2的第一端与升压子模块42连接。

如图19示出了升压子模块42的具体电路示意图。第一二极管D1(可采用型号为FR107的二极管)和第一电感L1(4.7uH)的一端均连接于升压芯片421(其可以采用型号为AX5523的芯片)的第一端，第一二极管D1的另一端、第一电阻R1(68k)的一端、第一电容C1(22uf)的一端均电连接于第八开关动作端SW8；第一电阻R1的另一端与第五电阻R5(3k)电连接，第二电阻R2(100k)的一端与升压芯片421的第四端电连接；第二电阻R2的另一端，第一电感L1的另一端，升压芯片421的第五端和第六端、第二电容C2(22uf)的一端均与第一稳压子模块41电连接；第一电容C1的一端与第八开关动作端SW8电连接，升压子模块42的香蕉头的第二端、第一电容C1的另一端、第五电阻R5的另一端、升压芯片421的第二端和第二电容C2的另一端均接地；升压芯片421的第三端电连接于第一电阻R1和第五电阻R5之间；升压子模块42的香蕉头的第一子电连接第一熔断器F1(5A/32V)之后与第一开关动作端SW1电连接。

可选的，电能收集模块4还包括判断子模块44和第二稳压子模块45。温差发电机构1、第一稳压子模块41和第二稳压子模块45均与判断子模块44电连接，判断子模块44用于判断温差发电机构1输入的第一电压是否大于或等于第三预设电压值，其中，所述第三预设电压值小于所述第一预设电压值。当第一电压大于或等于第三预设电压值，将第一电压输入至第一稳压子模块41。当第一电压小于第三预设电压值，将第一电压输入至第二稳压子模块45，第二稳压子模块45用于将第一电压稳压至大于或等于第三预设电压值后得到第二电压，再将第二电压输入第一稳压子模块41。温差发电机构1产生的电压受到汽车排气功率、外界环境温度、湿度(影响温差以及热传导效率)等多方面影响，电压不稳定且变化范围较大，第一稳压子模块41和第二稳压子模块45的设置，可以使输入升压子模块42的电压更稳定，之后将稳定的第一稳压电压输入升压子模块42升压得到升压电压，升压电压再为蓄电池43进行恒压充电。

示例的，当第一预设电压值为12V时，第三预设电压值为5V时，判断子模块44用于判断温差发电机构1输入的第一电压是否高于5V并选择对应的稳压线路，当温差发电机构1输入的第一电压大于或等于5V时，将该第一电压直接输入至第一稳压子模块41，之后第一稳压子模块41将第一电压稳压至12V；当温差发电机构1输入的第一电压小于5V(且高于0.7V)时，通过第二稳压子模块45(0.7V稳5V稳压电路)将第一电压稳压至大于或等于5V后得到第二电压，再将该第二电压输入至第一稳压子模块41，之后第一稳压子模块41将该第二电压稳压至12V。

具体地，如图20示出了判断子模块44的具体电路示意图。比较器441(可采用型号为LM339D的比较器)的第三端与第十三电阻R13(4.7k)的一端电连接，第十三电阻R13的另一端和比较器441的第十三端均与第四接插头JP4的第二端电连接，比较器441的第十二端接地，第十一电阻R11(1k)的一端和第十五电阻R15(4k)的一端均与比较器441的第十一端电连接，第十五电阻R15的另一端接地，第十一电阻R11的另一端与第一通断控制件443(可采用型号为KIA2302的元件)的第三端电连接，第十一电阻R11的另一端还与第一电压端电连接，第十二电阻R12(8k)的一端和第八电容C8(100uf)的一端均与第二电压端连接，第十二电阻R12的另一端与第十六电阻R16(4k)电连接，第十六电阻R16和第八电容C8的另一端均接地，比较器441的第十端电连接于第十二电阻R12与第十六电阻R16之间；第九电容C9(100uf)的一端与第一电压端电连接，另一端接地；第一电压端还与第三熔断器F3(5A/32V)电连接之后与第四开关动作端SW4电连接；第二电压端还与第二熔断器F2(5A/32V)电连接之后与第三开关动作端SW3电连接；第一通断控制件443的第二端与第七接插头JP7的第一端电连接，第七接插头JP7的第二端与第二稳压子模块45电连接；第九二极管D9(可采用型号为FR107的二极管)的一端连接于第一通断控制件443的第二端与第七接插头JP7之间，另一端连接于第一通断控制件443的第三端与第一通断控制件443的第一电压端之间；第一通断控制件443的第一端与第二十电阻R20(75k)的一端电连接，第二十电阻R20的另一端与反相器442(可采用型号为SN74AHCT1G14DBVR的反向器)的第四端电连接；反相器442的第五端与第六接插头JP6的第二端电连接，反相器442的第二端连接于比较器441的第十三端与第四接插头JP4的第二端之间，反相器442的第三端接地；第四接插头JP4的第一端与第十四电阻R14(75k)的一端电连接，第十四电阻R14的另一端与第二通断控制件444(可采用型号为KIA2302的元件)的第一端电连接，第二通断控制件444的第三端与第一电压端电连接；第六二极管D6(可采用型号为FR107的二极管)的一端连接于第二通断控制器的第二端，另一端连接于第二通断控制器的第三端与第一电压端之间；第七二极管D7(稳压二极管，可采用型号为SD103AW的二极管)的一端与第二通断控制件444的第二端电连接，另一端与第三接插头JP3的第二端电连接；第三接插头JP3的第一端与第一稳压子模块41电连接。

如图21示出了第二稳压子模块45的具体电路示意图。第二稳压芯片451(可采用型号为PW5100的芯片)的第一端、第二端和第十二电容C12(22uf)的一端均与第八二极管D8(稳压二极管，可采用型号为SD103AW的二极管)的一端电连接，第八二极管D8的另一端与第五接插头JP5的第二端电连接，第五接插头JP5的第一端与第一稳压子模块41电连接；第二稳压芯片451的第五端与第四电感L4(33uH)的一端电连接，第四电感L4的另一端与判断子模块44电连接；第十一电容C11(10uf)的一端与第四电感L4的另一端电连接；第十二电容C12、第二稳压芯片451的第四端和第十一电容C11的另一端均接地。

如图16所示，电能收集模块4还包括第三稳压子模块46。尾气动能利用机构3和升压子模块42均与第三稳压子模块46电连接，第三稳压子模块46用于将尾气动能利用机构3输入的电能的第三电压稳压至第四预设电压值得到第三稳压电压，再将第三稳压电压输送至升压子模块42。涡管31转化的电能的第三电压受到汽车运行状态(如加猛油；高速行驶状态下排气速度快，产生电压较大等)、外界环境(低温或者冰雪天气可能导致轴承、发电机等工作效率有所降低，润滑剂可能被冻住等)、变化范围较大等因素的影响使涡管31转化的电能不稳定，第三稳压子模块46的设置，可以使输入第三稳压子模块46的第三电压稳压至第四预设电压值，之后将稳定的第三稳压电压输入升压子模块42升压得到升压电压，升压电压再为蓄电池43进行恒压充电。

第三稳压子模块46与第一稳压子模块41采用两路输入并联的方式充电。优选的，第一预设电压值与第四预设电压值相等。示例的，当第四预设电压值为12V时，第三稳压子模块46能够将尾气动能利用机构3输入的第三电压稳压至12V得到第三稳压电压，再将12V的第三稳压电压输送至升压子模块42。

具体地，图22示出了第三稳压子模块46的具体电路示意图。第三二极管D3(可采用型号为FR107的二极管)和第二电感L2(150uH)的一端均与第三稳压芯片461(其可以采用型号为MC34063的芯片)的第一端电连接，第三二极管D3的另一端与第一接插头JP1的第二端电连接，第三电阻R3(200R)的一端、第四电阻R4(1R)的一端和第二稳压芯片451的第七端分别与第二电感L2的另一端电连接，第三电阻R3的另一端与第二稳压芯片451的第八端电连接，第四电阻R4的另一端、第二稳压芯片451的第六端和第五电容C5(0.1uf)的一端均与第四熔断器F4(5A/32V)的一端电连接，第四熔断器F4的另一端第二开关动作端SW2电连接，第六电阻R6(10k)和第七电阻R7(1.2k)的一端均与第二稳压芯片451的第五端电连接，第七电阻R7的另一端接地；第六电阻R6的另一端电连接于第一接插头JP1的第二端与第三二极管D3之间，第八电阻R8(4.7k)的一端与第一发光二极管gre1的一端电连接，第八电阻R8的另一端电连接于第一接插头JP1的第二端与第三二极管D3之间，第一发光二极管gre1的另一端接地；第一有极性电容CE1(47uF/16V)与第三电容C3(0.1uF)并联，其一端共同连接于第一接插头JP1的第二端与第三二极管D3之间，另一端共同接地；第三稳压芯片461的第二端和第四端接地，第三端电连接于第四电容C4(100pf)的一端，第四电容C4的另一端接地；第五电容C5的一端连接于第一稳压芯片411的第六端与第四熔断器F4之间，另一端接地；第一接插头JP1的第一端与升压子模块42连接；第三稳压子模块46的香蕉头的第一端连接于第五电容C5的另一端电连接，香蕉头的第二端与第七开关动作端SW7电连接。

进一步地，如图16所示，电能收集模块4还包括第一防倒灌子模块47和第二防倒灌子模块48，第一防倒灌子模块47和第二防倒灌子模块48用于当温差发电机构1和尾气动能利用机构3输入的电能的电压不一样时，防止电压高的一路往电压低的一路灌电流。一般第一防倒灌子模块47和第二防倒灌子模块48可以为稳压二极管，如图18所示，在第一稳压子模块41的电路图中，第二接插头JP2的第二端的输入侧连接有第四二极管D4(稳压二极管，可采用型号为SD103AW的二极管)，如图22所示，在第三稳压子模块46的电路图中，第一接插头JP1的第二端的输入侧连接有第二二极管D2(可采用型号为SD103AW的二极管)，该第四二极管D4即为第一防倒灌子模块47，该第二二极管D2即为第二防倒灌子模块48。

本申请实施例提供的电能收集模块4还包括总控开关子模块40。图17示出了总控开关子模块40的具体电路示意图。总控开关401的第一端与第一开关动作端SW1电连接，第八端与第八开关动作端SW8电连接，第二端与第二开关动作端SW2电连接，第七端与第七开关动作端SW7电连接，第三端与第三开关动作端SW3电连接，第四端与第四开关动作端SW4电连接，第五端与一个香蕉头的第二端电连接，第六端与另一个香蕉头的第二端电连接，两个香蕉头的第一端均接地。总控开关子模块40能够控制每一个能量输出线路的通断，方便调试、维护，同时通过保险丝防止电流过载以保护电路板。

本申请实施例提供的电能收集模块4还包括供电子模块49，供电子模块49分别与第一稳压子模块41(或第三稳压子模块46)、比较器441和反相器442电连接，用于将第一稳压子模块41输入的第一稳压电压或第三稳压子模块46输入第三稳压电压转化为第四电压，再将该第四电压输入比较器441和反相器442进行供电。示例的，当第一稳压子模块41输出12V第一稳压电压或第三稳压子模块46输出12V的第三稳压电压时，供电子模块49将12V电压转化为5V的第四电压给比较器441和反相器442进行供电，从而将自身产生的电能应用于自身，节约了能源。

具体地，如图23示出供电子模块49的具体电路示意图，第八接插头JP8的第一端与第一稳压子模块41或第三稳压子模块46电连接，三端稳压集成芯片(可采用型号为LM7805的芯片)的第一端、第十五电容C15的一端和第十六电容C16(100uf)的一端均与第八接插头JP8的第二端电连接；第十三电容C13(10uf)的一端、第十四电容C14的一端均与三端稳压集成芯片的第三端电连接；三端稳压集成芯片的第二端、第十三电容C13的另一端、第十四电容C14的另一端、第十五电容C15的另一端和第十六电容C16的另一端均接地；三端稳压集成芯片的第三端输出供电电压。

本说明书中的各个实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请技术方案的范围。