CN102510245B - 用于机动车尾气余热回收的温差发电器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于机动车尾气余热回收的温差发电器。在覆盖板上间隔地安装n个低温端热交换器和n-1个高温端热交换器；n个低温端热交换器连接管连通；低温端热交换器另一侧的第一个和第n个分别接低、高温端热交换器，两侧的高温端热交换器分别接热分流分散器；相邻的低、高温端热交换器之间阵列放置多个温差发电模块，相邻两个温差发电模块用导流片串联连接，第一个与最后一个温差发电模块均用输出电极连接，温差发电模块之间用隔热材料层固定。本发明产生的电能直接利用，或者储存在机动车的蓄电池中作为油电混合动力车辆的部分电源。该温差发电器不仅降低了机动车尾气直接排放到环境中造成的污染程度，还解决了机动车用电源供应问题。

Description

用于机动车尾气余热回收的温差发电器

技术领域

本发明涉及一种温差发电器，尤其是涉及一种用于机动车尾气余热回收的温差发电器。

背景技术

随着社会的发展，汽车成为人们不可或缺的工具。汽车既给人们的生活带来了便利，也推动了社会经济的不断发展。但是，汽车普及率的提高增加了人们对能源，特别是石油和天然气的需求，从而进一步加速了全球能源危机。与此同时，汽车燃油中有大约40%的能量随尾气排出而浪费，并对环境造成了一定的污染。如果能将汽车尾气回收利用，既能提供解决能源危机的新途径，又可减少生产过程中的环境污染，具有极大的经济效益和社会效益。

采用温差发电技术可以有效解决上述问题。温差发电是指材料用于热电效应，将热能直接转化为电能，通过在热源和冷端之间合理选用和布置N型和P型热电臂，可以在热电偶两端产生电压和电流，将电流引出即可利用。国内外对温差发电技术进行了很多研究，但是用于机动车尾气余热回收的具有功能梯度结构的层叠阵列型温差发电器却鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于机动车尾气余热回收的温差发电器，产生的电能可以直接利用，或者储存在机动车的蓄电池中，可以为照明、空调等提供能量，也可以作为油电混合动力车辆的部分电力来源。

本发明采用的技术方案是：

本发明在第一覆盖板上间隔地安装n个低温端热交换器和n-1个高温端热交换器，每个低温端热交换器的两端均安装冷却腔连接头，在每个冷却腔连接头上再安装连接管；n个低温端热交换器一侧每两个依次用连接水管连通，同一侧的n-1个高温端热交换器的一端接第一个热流分散器；n个低温端热交换器另一侧分别接冷却腔连接头和连接管，第一个和第n个低温端热交换器分别与冷却水入口管和冷却水出口管相连，其余相邻的低温端热交换器均用连接水管连通，同一侧的n-1个高温端热交换器接第二个热分流分散器；相邻的低温端热交换器和高温端热交换器之间阵列放置多个温差发电模块，温差发电模块的高温端覆盖层和低温端覆盖层分别与高温端热交换器和低温端热交换器相接触，相邻两个温差发电模块分别用连接导流片串联连接，第一个温差发电模块与最后一个温差发电模块均用输出电极连接，温差发电模块之间用隔热材料层固定，第二覆盖板固定在温差发电器上面。

所述的温差发电模块采用热电偶阵列结构，将多个热电偶串联；热电臂之间放置隔热材料固定；高温端覆盖层和低温端覆盖层相对的一侧加工有凹槽，将导流片和P型热电臂和N型热电臂分别放入凹槽中固定。

所述的低温端热交换器和高温端热交换器结构相同，均为“工”字型的内部开有通道的结构。

本发明具有的有益效果是：

1）产生的电能可以直接利用，或者储存在机动车的蓄电池中，可以为照明、空调等提供能量，也可以作为油电混合动力车辆的部分电力来源；

2）降低了机动车尾气直接排放到环境中造成的污染程度；

3）提高了温差发电效率和温差发电器的输出功率，大大降低了机动车发动机的能耗和提高了机动车的综合性能，是一种有效解决能源危机和节能减排的新技术；

4）具有结构简单，安装与维修方便，性能高，制造成本低和应用前景非常广泛等优点。

附图说明

图1是本发明的装配结构正面原理图。

图2是本发明的装配结构反面原理图。

图3是本发明的内部装配结构原理图。

图4是温差发电器装配图。

图5是温差发电器除去温差发电模块的结构图。

图6是温差发电模块外观图。

图7是温差发电模块内部图。

图8是温差发电模块内部热电偶连接图。

图9是温差发电模块散热端覆盖板。

图10是温差发电模块冷却端覆盖板。

图11是低温端热交换器（高温端热交换器）结构图。

图12是冷却水入口管（冷却水出口管）结构图。

图13是连接水管结构图。

图14是冷却腔连接头结构图。

图15是热流散热器的正面结构图。

图16是热流散热器的反面结构图。

图17是入口排气管（出口排气管）结构图。

图中：1.入口排气管，2.热流分散器，3.连接水管，4.冷却腔连接头，5.第二覆盖板，6.温差发电器，7.冷却水入口管，8.出口排气管，9.冷却水出口管，10.输出电极，11.螺钉，12.螺栓，13.螺母，14.连接管，15.第一覆盖板，16.隔热材料层，17.温差发电模块，18.连接导流片，19.低温端热交换器，20.高温端热交换器，21.高温端覆盖层，22.隔热材料，23.低温端覆盖层，24.导流片，25.P型热电臂，26.N型热电臂，27.螺纹孔，28.第一通孔，29.第二通孔，30.第三通孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，本发明包括温差发电器6、入口排气管1、出口排气管8、热流分散器2、冷却水入口管7、冷却水出口管9和连接管14；如图5所示，温差发电器6具有层叠结构，在第一覆盖板15上间隔地安装n个低温端热交换器19和n-1个高温端热交换器20，每个低温端热交换器19的两端均安装冷却腔连接头4，在如图14所示的每个冷却腔连接头4上再安装连接管14；如图3所示，n个低温端热交换器19一侧每两个依次用连接水管3连通，同一侧的n-1个高温端热交换器20的一端接第一个热流分散器2；如图4所示，n个低温端热交换器19另一侧分别接冷却腔连接头4和连接管14，第一个和第n个低温端热交换器19分别与冷却水入口管7和冷却水出口管9相连，其余相邻的低温端热交换器19均用连接水管3连通，使冷却管道为“S”形，如图3所示，同一侧的n-1个高温端热交换器20接第二个热分流分散器2；如图3所示，相邻的低温端热交换器19和高温端热交换器20之间阵列放置多个温差发电模块17，温差发电模块17的高温端覆盖层21和低温端覆盖层23分别与高温端热交换器20和低温端热交换器19相接触，相邻两个温差发电模块17分别用连接导流片18串联连接，第一个温差发电模块17与最后一个温差发电模块17均用输出电极10连接，温差发电模块17之间用隔热材料层16固定，如图1所示，第二覆盖板5固定在温差发电器6上面，温差发电器6中高温端热交换器20的两端均与热流分散器2连接，每个热流分散器2分别与入口排气管1和出口排气管8连接。

所述的温差发电模块17采用热电偶阵列结构，将多个热电偶串联；热电臂之间放置隔热材料22固定；高温端覆盖层21和低温端覆盖层23相对的一侧加工有凹槽，将导流片24和P型热电臂25和N型热电臂26分别放入凹槽中固定。

所述的低温端热交换器19和高温端热交换器20结构相同，均为“工”字型的内部开有通道的结构，该结构上开有螺纹孔27；低温端热交换器19和高温端热交换器20全部采用导热性、绝缘性优良的材料。

所述的热流分散器2用来将尾气热流分散给高温端热交换器20和将通过高温端热交换器20的尾气收集给出口排气管8。

所述的入口排气管1和出口排气管8分别连接到机动车排气管上，保证机动车高温尾气能顺利通过整个温差发电器。

该装置的具体实施过程如下：

如图11所示，低温端热交换器19和高温端热交换器20具有相同结构和尺寸，其上开有螺纹孔27，该结构要适合于热流和冷却水从其中顺利通过；热交换器均采用导热性和绝缘性良好的材料制造。

如图5所示，用螺钉11将数个低温端热交换器19和高温端热交换器20间隔地安装在第一覆盖板15上，形成层叠结构，采用螺钉11通过第一通孔28将冷却腔连接头4安装在每个低温端热交换器19的两端，每个冷却腔连接头4上固定连接水管3。

如图6至图10所示，通过一定的工艺方法制造出由分段热电材料构成的P型热电臂25和N型热电臂26，将其用导电性优良的连接导流片18串联形成热电偶，不同类型热电臂各段材料的形状、高度、横截面积等尺寸可以通过优化设计得到，以保证在一定的温差范围内，单个热电偶能达到最大的输出功率和热电转化效率；温差发电模块17采用热电偶阵列结构，将数个热电偶串联；热电臂之间放置隔热材料22固定；高温端覆盖层21和低温端覆盖层23材料相对一侧加工有凹槽，可以将导流片24和P型热电臂25和N型热电臂26分别放入其中，起到了有效的固定作用，另外高温端覆盖层21和低温端覆盖层23选择热传导性和绝缘性能优良的材料。

如图4所示，在相邻的低温端热交换器19和高温端热交换器20之间阵列放置数个温差发电模块17，温差发电模块17的高温端覆盖层21和低温端覆盖层23分别与高温端热交换器20和低温端热交换器19相接触，相邻两个温差发电模块17用连接导流片18串联连接，第一个温差发电模块17与最后一个温差发电模块17均用输出电极10连接；温差发电模块17之间放置隔热材料层16，该隔热材料不仅可以固定温差发电模块17，还可以保证热量只沿着温差发电模块17内部传导；如图1所示，最后将第二覆盖板5用螺钉11分别安装在低温端热交换器19和高温端热交换器20上，覆盖板可以有效阻止外界污染物进入温差发电器6。

如图3、图12和图13所示，温差发电器6一侧低温端热交换器19的一端的连接水管3上安装如的冷却水入口管7，一侧低温端热交换器19的另外一端的连接水管3上安装有连接管14，该连接管14与相邻的低温端热交换器19一端的连接水管3连接，依次连接到另一侧的低温端热交换器19，另一侧低温端热交换器19末端的连接水管3上安装冷却水出口管9，使冷却水进入冷却管道后走的路线为“S”形。

如图15和图16所示，热流分散器2上有与高温端热交换器20个数相同的热流通道，其两端面加工有第二通孔29；如图17所示，入口排气管1和出口排气管8具有相同结构，排气管两端加工为法兰形状，方便与其他零件固定。

如图1所示，温差发电器6中高温端热交换器20的两端均与热流分散器2连接，用螺钉通过每个热流分散器2的第二通孔29分别与入口排气管1和出口排气管8的第三通孔30连接；采用螺栓12和螺母13将入口排气管1和出口排气管8的第三通孔30与两端热流分散器2的第二通孔29连接；最后，将入口排气管1和出口排气管8安装在机动车尾气排气管中间。具体的位置可以根据温差发电器整体尺寸和工作的温差范围等因素决定。

如图1所示，机动车工作过程中产生的尾气进入入口排气管1，并由热流分散器2将尾气分散到温差发电器6的高温端热交换器20中，然后由尾端的热流分散器2收集尾气并通过出口排气管8进行排放；与此同时，机动车冷却系统中的冷却水通过冷却水入口管7进入温差发电器6中的低温端热交换器19中，并在其中走“S”形路线，最终经冷却水出口管9进入机动车冷却系统；在该过程中，温差发电器6内部温差发电模块17的高温端覆盖层21和低温端覆盖层23之间便产生温度差，用于材料的热电效应，便产生了电流。用导线连接温差发电器6的输出电极10，就可以输出电流了；刚从机动车发动机排出的尾气温度非常高，经过温差发电器6以后，尾气的温度会降低，再排放到空气中可以降低对环境的污染。

Claims (3)

1. 一种用于机动车尾气余热回收的温差发电器，其特征在于：在第一覆盖板上间隔地安装n个低温端热交换器和n-1个高温端热交换器，每个低温端热交换器的两端均安装冷却腔连接头，在每个冷却腔连接头上再安装连接管；n个低温端热交换器一侧每两个依次用连接水管连通，同一侧的n-1个高温端热交换器的一端接第一个热流分散器；n个低温端热交换器另一侧分别接冷却腔连接头和连接管，第一个和第n个低温端热交换器分别与冷却水入口管和冷却水出口管相连，其余相邻的低温端热交换器均用连接水管连通，同一侧的n-1个高温端热交换器接第二个热分流分散器；相邻的低温端热交换器和高温端热交换器之间阵列放置多个温差发电模块，温差发电模块的高温端覆盖层和低温端覆盖层分别与高温端热交换器和低温端热交换器相接触，相邻两个温差发电模块分别用连接导流片串联连接，第一个温差发电模块与最后一个温差发电模块均用输出电极连接，温差发电模块之间用隔热材料层固定，第二覆盖板固定在温差发电器上面。

2. 根据权利要求1所述的一种用于机动车尾气余热回收的温差发电器，其特征在于：所述的温差发电模块采用热电偶阵列结构，将多个热电偶串联；热电臂之间放置隔热材料固定；高温端覆盖层和低温端覆盖层相对的一侧加工有凹槽，将导流片和P型热电臂和N型热电臂分别放入凹槽中固定。

3. 根据权利要求1所述的一种用于机动车尾气余热回收的温差发电器，其特征在于：所述的低温端热交换器和高温端热交换器结构相同，均为“工”字型的内部开有通道的结构。