CN103104325A - 一种高度集成的圆筒式热电发电消声装置 - Google Patents

Abstract

一种高度集成的圆筒式热电发电消声装置。它包括n个相同的独立的中空的中部截面如扇形的柱体高温气箱、n个相同的独立的中空的中部截面如扇形的柱体冷却水箱、热电模块、隔热层和紧固装置。其高温气箱和冷却水箱两者形成一个截面接近于环形的柱体，该柱体的外表面通过紧固装置箍紧；热电模块和冷却水箱包在装置内部，高温气箱内部设有导流板、扰流板。本发明较传统的箱式热电发电装置结构紧凑、可利用汽车尾部空间安装更多的热电模块，产生更多电功率，提高汽车的燃油经济性。导流板和扰流板引导尾气的流动，减少尾气压力；冷却水箱和热电模块有效地降低尾气的温度减少尾气能量；紧固装置的箍紧及截面突变的结构，能对整车起到较好的降噪消声作用。

Description

一种高度集成的圆筒式热电发电消声装置

技术领域

 本发明涉及一种高度集成的圆筒式热电发电消声装置，特别是一种利用发动机尾气废热高温进行发电的热电发电装置与消声器集成的装置，属于汽车制造技术领域。

背景技术

 据有关资料统计，汽车发动机约30%的总能量用于驱动汽车，约30%的总能量被冷却系统消耗，余下约40%的总能量都以高温废气的形式由汽车排气系统排出。若对这部分废气余热加以回收利用将有效降低汽车的能源消耗，减少对环境的污染。但传统的箱式热电发电装置宽度方向尺寸较大，在有限的汽车尾部空间内安装布置不便；热电模块和冷却水箱暴露在外，需要另加装置进行保护，因而总体装置体积过大、能量利用率低；而且由于对于热电模块是分别夹紧的，夹紧力可能不均匀，从而热电模块的工作状况不可控。

发明内容

 本发明的目的是为克服传统的箱式热电发电装置的不足与缺陷，提供一种空间利用率高、结构紧凑、热电模块和冷却水箱包在装置内部，不需要另加装置进行保护，总体装置体积较小，热电模块夹紧力均匀，热电模块的工作状况可控，能量利用率大、散热性好、发电效率高、稳定性好、可降噪消声的高度集成的圆筒式热电发电消声装置。

本发明的目通过下述技术方案实现,一种高度集成的圆筒式热电发电消声装置，该装置包括n个相同的独立的中空的中部截面如扇形的柱体高温气箱、n个相同的独立的中空的中部截面如扇形的柱体冷却水箱、热电模块、隔热层以及紧固装置；所述的n个高温气箱和n个冷却水箱形成一个截面接近于环形的柱体，该柱体的外表面通过紧固装置箍紧；隔热层安装在高温气箱与冷却水箱之间；每个高温气箱的两个侧面都有沿高温气箱轴向方向的凹槽，热电模块安装在凹槽中，并与冷却水箱紧密接触，热电模块和冷却水箱包在装置内部，高温气箱的两端部分的截面逐渐变小形成圆孔，分别与装置进气口、出气口相连，冷却水箱的两端部分的截面逐渐变小形成圆孔，分别与装置进水口、出水口相连。

  本发明的高度集成的圆筒式热电发电消声装置中，所述的高温气箱内部设有导流板和扰流板。

   所述的冷却水箱的截面扇形的半径大于高温气箱的截面扇形的半径。

   本发明的高度集成的圆筒式热电发电消声装置中，每个高温气箱的两个侧面沿轴向方向的凹槽有h条，h大于或等于2，凹槽的宽度等于热电模块的宽度，以便对热电模块进行径向定位。

   本发明的高度集成的圆筒式热电发电消声装置中，热电模块安装在高温气箱的凹槽中沿装置的轴向方向安装m行，每行热电模块沿装置的轴向位置相同，装置总共安装                                                

个热电模块。

本发明的高度集成的圆筒式热电发电消声装置中，紧固装置的套数等于热电模块的行数。

本发明的高度集成的圆筒式热电发电消声装置中，气路采取并联方式连接，发动机的前排气管部分在到达该装置进气口之前，均匀分成n个较细的气管，分别与n个进气口相连，形成一个爪形，主气管与支气管之间的夹角为40°；装置出气口在到达发动机的后排气管部分之前，均匀的n个较细的气管合并成一个较粗的气管，形成一个爪形尾气排出管。

   本发明的高度集成的圆筒式热电发电消声装置中，n个冷却水箱串联方式连接，冷却水箱两端部分的截面逐渐变小形成圆孔，分别与装置进水口、出水口相连，冷却水箱的进水口和出水口与汽车冷却系统相通并形成循环闭路，装置中的水路布置在装置的内部空腔中。

   本发明的高度集成的圆筒式热电发电消声装置制作时，所述的高温气箱的截面扇形较小的圆弧对应的面沿配套的薄壁壳体形辅助安装器件周向方向均匀固结在其外部，冷却水箱按照截面扇形较小的圆弧对应的面指向装置径向中心的方式安装在高温气箱之间的均匀空隙中，这样高温气箱和冷却水箱两者形成了一个截面为环形的柱体，隔热层安装在高温气箱与冷却水箱之间。

本发明较传统的箱式热电发电装置有如下优点：

 1. 本发明整个外观接近于圆筒形，结构紧凑、本发明结构紧凑、布置容易、对汽车废热的利用率较高、兼可降噪消声；

  2.相对于其他形式的热电发电装置，本发明结构更便于布置，可以充分利用原本就非常有限的汽车尾部空间；

 3.在占用相同的汽车尾部空间时，本发明结构可以安装更多的热电模块，可以更好地利用发动机尾气废热进行温差发电，从而产生更多的电功率，更好地提高汽车的燃油经济性；隔热层可以较好地防止高温气箱对冷却水箱的加热作用，并且能够有效地防止高温气箱热量的散失，从而有效建立温差；

4、热电模块、冷却水箱包在装置内部，不需要另加装置进行保护，因而总体装置体积较小、能量利用率高、稳定性好、使用寿命长；而且由于对于热电模块是统一夹紧的，故传递到热电模块的夹紧力较均匀，从而其工作状况可控。

5.本发明中高温气箱内部的导流板、扰流板能够较好地引导尾气的流动，从而减少尾气压力；同时由于冷却水箱、热电模块的作用，本发明可以有效地降低尾气的温度，从而减少尾气能量；还有紧固装置的箍紧作用以及截面突变的总体结构，都能对整车起到较好的降噪消声作用。

附图说明

  图1是本发明的高度集成的圆筒式热电发电消声装置与汽车其他设备装置的结构框图；

  图2是本高度集成的圆筒式热电发电消声装置的外部结构示意图；

  图3是本高度集成的圆筒式热电发电消声装置中高温气箱轴测图；

图4是本高度集成的圆筒式热电发电消声装置中高温气箱中部截面示意图；

   图5，是本发明高度集成的圆筒式热电发电消声装置中高温气箱内部结构示意图；

   图6是本高度集成的圆筒式热电发电消声装置中冷却水箱轴测图；

   图7是本高度集成的圆筒式热电发电消声装置中冷却水箱中部截面示意图；

   图8是本高度集成的圆筒式热电发电消声装置中热电模块的拓扑结构示意图；

图中：1-进气口，2-冷却水箱，3-高温气箱，4-进水口，5-热电模块，6-隔热层，7-紧固装置，8-出水口，9-出气口，10-凹槽， 11-扰流板，12-导流板。

具体实施方式

   下面结合附图对本发明的原理、具体实施方式作进一步说明。

  图2所示，是本发明的高度集成的圆筒式热电发电消声装置的外部结构示意图，主要包括热电发电装置和装夹装置。本发明的高度集成的圆筒式热电发电消声装置包括n个相同的独立的中空的中部截面接近于扇形的柱体高温气箱3，n个相同的独立的中空的中部截面接近于扇形的柱体冷却水箱2，热电模块5，隔热层6和紧固装置7；  冷却水箱2的截面扇形的半径大于高温气箱3的截面扇形的半径，以便于紧固整个装置。

 安装时，高温气箱3的截面扇形较小的圆弧对应的面沿配套的薄壁壳体形辅助安装器件周向方向均匀固结在其外部，冷却水箱2按照截面扇形较小的圆弧对应的面指向装置径向中心的方式安装在高温气箱3之间的均匀空隙中，这样高温气箱3、冷却水箱2两者形成了一个截面为环形的柱体。隔热层6安装在高温气箱3与冷却水箱2之间，可以较好地防止高温气箱3对冷却水箱2的加热作用，并且能够有效地防止高温气箱热量的散失，从而有效建立温差。

 n个高温气箱3和n个冷却水箱2形成的柱体的外表面通过紧固装置7加力箍紧，紧固装置7的套数等于热电模块5的行数，以便对热电模块5施加有效压力，箍紧后取出辅助安装器件。

图3、4、5所示，高温气箱3的内部设有扰流板11、导流板12，是为了对整车实现较好的消声降噪作用。每个高温气箱3的两个侧面都各有h条（示意图上取2条）沿高温气箱3轴向方向的凹槽10，凹槽10的宽度正好等于热电模块5的宽度，以便对热电模块5进行径向定位。

 热电模块5安装在高温气箱3的凹槽10中，并与冷却水箱2紧密接触。每行热电模块5沿装置的轴向位置相同，并且可以沿装置的轴向方向安装m行（示意图上取6行）热电模块5。可知，本装置总共可安装

个热电模块。

  高温气箱3的两端部分的截面逐渐变小形成圆孔，分别与装置进气口1、出气口9相连。发动机的前排气管部分在到达该装置进气口1之前，均匀分成n个较细的气管，分别与n个进气口1相连，形成一个爪形，主气管与支气管之间的夹角约为40°。同样地，该装置出气口9在到达发动机的后排气管部分之前，均匀的n个较细的气管合并成一个较粗的气管，也形成一个爪形，从而将汽车尾气排出。由此可知，气路是采取并联方式进行连接的。

 冷却水箱2的两端部分的截面逐渐变小形成圆孔，分别与装置进水口4、出水口8相连。冷却水箱2的进水口4和出水口8与汽车冷却系统相通并形成循环闭路。n个冷却水箱2采取串联方式进行连接，则一端是进水口4，另一端是出水口8。装置中的水路布置在装置的内部空腔中。

  本发明中，所述的热电模块5的额定最高温度为380℃，最低工作温度为200℃。

 在发动机的排气管跟装置的进气口1之间要装有温度及流量控制器。温度传感器显示的排气管内最高工作温度不能超过热电模块的额定最高温度380℃，最低工作温度不能低于热电模块的额定最低温度200℃，否则，温度控制器立即断开开关，断开汽车蓄电池电极和热电模块电极。同时，流量控制器在排气管内最高工作温度超过热电模块的额定最高温度380℃时，将会对高温尾气进行分流，以保护热电模块不受高温破坏。

  在热电模块5与汽车电源之间要装有DC/DC转换器，使得热电模块5发出的电功率能够参与整车的能量流动，进而可供汽车用电设备使用，以减少发动机的负担，进一步提高汽车的燃油经济性。

  本发明在热电模块5冷端设有所述的冷却水箱2，与发动机冷却系统相通并形成闭路循环，不需要单独建立新的冷却系统，并且冷却效果好。

  由于高温气箱3表面的温度沿装置轴向方向呈梯度下降，故各行间热电模块5所发出的电量会有较大差别，而各行内热电模块5所发出的电量差别较小。若简单地将热电模块5串联或并联起来，则会影响到热电模块组整体的发电功率及热电模块的使用寿命。实验结果表明，将沿装置的轴向位置相同的热电模块5进行串联，轴向位置不同的热电模块5进行并联，也即同一行热电模块5相互串联，不同行热电模块5进行并联构成热电模块组可以更好地减少热量损失，故在本发明中也采用此种办法。

 整车行驶时，发动机工作产生大量废气，通过进气口1进入该高度集成的圆筒式热电发电消声装置中，因而高温气箱3表面温度较高，使得热电模块5的热端升温；而发动机冷却系统的冷却水通过进水口4进入冷却水箱2，而冷却水温度较低，使得热电模块5的冷端温度较低，进而在热电模块5的冷热端之间产生温差，热电模块5利用温差产生电能给汽车电源充电，以供整车用电设备使用。经过冷却水箱2的发动机冷却水通过出水口9重新回到发动机冷却系统进行循环，经过高温气箱3的废气从出气口排出进入消声器等其他整车设备当中。 

Claims (9)

1. 一种高度集成的圆筒式热电发电消声装置，其特征是：该装置包括n个相同的独立的中空的中部截面如扇形的柱体高温气箱（3）、n个相同的独立的中空的中部截面如扇形的柱体冷却水箱（2）、热电模块（5）、隔热层（6）以及紧固装置（7）；所述的n个高温气箱（3）和n个冷却水箱（2）形成一个截面接近于环形的柱体，该柱体的外表面通过紧固装置（7）箍紧；隔热层（6）安装在高温气箱（3）与冷却水箱（2）之间；每个高温气箱（3）的两个侧面都有沿高温气箱（3）轴向方向的凹槽（10），热电模块（5）安装在凹槽（10）中，并与冷却水箱（2）紧密接触，热电模块（5）和冷却水箱（2）包在装置内部，高温气箱（3）的两端部分的截面逐渐变小形成圆孔，分别与装置进气口（1）、出气口（9）相连，冷却水箱（2）的两端部分的截面逐渐变小形成圆孔，分别与装置进水口（4）、出水口（8）相连。

2.如权利要求1所述的一种高度集成的圆筒式热电发电消声装置，其特征在于：所述的高温气箱（3）内部设有导流板（12）和扰流板（11）。

3.如权利要求1所述的一种高度集成的圆筒式热电发电消声装置，其特征在于：所述的冷却水箱（2）的截面扇形的半径大于高温气箱（3）的截面扇形的半径。

4.如权利要求1所述的一种高度集成的圆筒式热电发电消声装置，其特征在于：每个高温气箱（3）的两个侧面沿轴向方向的凹槽（10）有h条，h大于或等于2，凹槽的宽度等于热电模块（5）的宽度。

5.如权利要求1所述的一种高度集成的圆筒式热电发电消声装置，其特征在于：热电模块（5）安装在高温气箱（3）的凹槽（10）中沿装置的轴向方向安装m行，每行热电模块（5）沿装置的轴向位置相同，装置总共安装                                               

个热电模块。

6.如权利要求1所述的一种高度集成的圆筒式热电发电消声装置，其特征在于：紧固装置（7）的套数等于热电模块（5）的行数。

7.如权利要求1所述的一种高度集成的圆筒式热电发电消声装置，其特征在于：气路采取并联方式连接，发动机的前排气管部分在到达该装置进气口（1）之前，均匀分成n个较细的气管，分别与n个进气口（1）相连，形成一个爪形，主气管与支气管之间的夹角为40°；装置出气口（9）在到达发动机的后排气管部分之前，均匀的n个较细的气管合并成一个较粗的气管，形成一个爪形尾气排出管。

8.如权利要求1所述的一种高度集成的圆筒式热电发电消声装置，其特征在于：n个冷却水箱（2）串联方式连接，冷却水箱（2）两端部分的截面逐渐变小形成圆孔，分别与装置进水口（4）、出水口（8）相连，冷却水箱（2）的进水口和出水口与汽车冷却系统相通并形成循环闭路，装置中的水路布置在装置的内部空腔中。

9.如权利要求1所述的一种高度集成的圆筒式热电发电消声装置，其特征在于：所述的热电模块5的额定最高温度为380℃，最低工作温度为200℃。

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