CN103701365A - 一种改善汽车箱式热电系统热交换器热量传递的方法 - Google Patents

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本发明涉及一种改善汽车箱式热电系统热交换器热量传递的方法，热交换器上下端均设置一个热电模块，各热电模块上方设置水箱；其特征在于：通过在热交换器与热电模块之间垫上石英布，使石英布平整的紧贴于热电模块和热交换器的表面，从而使热电系统在正常的工作过程中，可以在增加冷热端温差的情况下使热电模块上的温度分布更均匀，提高输出功率和热电转换效率。

Description

一种改善汽车箱式热电系统热交换器热量传递的方法
技术领域
本发明涉及箱式汽车尾气热电系统技术领域，具体涉及改善热电系统热交换器热量传递的方法。
背景技术
随着汽车热电系统的深入研究，对于热电转换过程的优化设计，提高系统的能量转化率，改善热电系统热量传递，提高输出功率显得尤其重要。而温差发电装置的输出功率受三个方面的影响：模块的规格和性能参数，模块阵列的规格和结构以及模块两端的温差。热电模块两端的温差， 就是热端温度和冷端温度之差。因为冷端温度由冷却介质温度决定，车载应用中，热电系统中冷却介质直接参与发动机的大循环中来降低冷端温度是比较困难的。实际上热交换器存在温度场前后分布不均的情况，因此能够兼顾温度要求和尺寸要求的热端设计对于提高温差发电装置的性能至关重要。通过改进废热通道结构，实现对尾气流能量的充分利用，进而提高模块两端的温差，是提高温差发电装置输出功率的重要途径。然而我们在后续的实验中发现：提高热端温度以后并没有显著增加最终的输出功率，即热电模块的前后端的温度差没有显著缩小，限制了整体的热电系统的能量转化率。 
发明内容
本发明要解决的技术问题在于：提供一种改善汽车箱式热电系统热交换器热量传递的方法，解决热电系统热交换器的热端温度上升但是输出功率没有提高的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下： 
一种改善汽车箱式热电系统热交换器热量传递的方法，热交换器上下端均设置一个热电模块，热电模块通过一个DC/DC转换器与蓄电池相连接，模块输出的电能储存在蓄电池中；各热电模块上方设置水箱；其特征在于：通过在热交换器与热电模块之间垫上石英布，使石英布平整的紧贴于热电模块和热交换器的表面，从而使热电系统在正常的工作过程中，在增加冷热端温差的情况下使热电模块上的温度分布更均匀，提高输出功率和热电转换效率。
按上述技术方案，石英布的装载方法是通过压紧装置固定于热电模块和热交换器之间，以便平整的紧贴于模块和热交换器的表面。
按上述技术方案，沿水箱纵向，所垫石英布的宽度与热电模块的宽度相同。
按上述技术方案，所垫石英布的宽度为55mm。
按上述技术方案，所垫石英布的厚度根据热交换器表面不同部位温度不同、所需热阻不同、以及表面的不平度分为多个系列。
按上述技术方案，所垫石英布的厚度分为0.1mm,0.3mm，0.5mm三个系列。
按上述技术方案，在每层厚度相同情况下，沿水箱纵向方向的第一列热电模块与热交换器壳体间石英布的层数为第二列热电模块与热交换器壳体间层数的两倍。
按上述技术方案，沿水箱纵向方向，第一列热电模块与热交换器壳体间垫两层厚度为0.1mm的石英布，第二列热电模块与热交换器壳体间垫一层厚度为0.1mm的石英布。
本发明通过在热交换器与热电模块之间垫上石英布以使温度分布更加均匀。由于热电系统在热量传递的过程中，冷热端温差很大，热端会释放很多热量，并且热交换器前后端温度不同，为了要让热量均匀的传递到热电模块中，前后端的热交换器与模块之间需要不同的热阻。同时，由于热电系统在装夹过程中会产生很大的力，热交换器表面会承受很大的压力，因此热交换器表面会有一定程度的不平整。除此之外，热交换器为人工加工而成，也存在一定的不平度。前期工作是将铜片垫在热交换器与热电模块之间，以提高热阻，但是这种方法将使热交换器表面的温度分布不均匀。在增加热端温度以后，并不能显著提高最终的输出功率。
现在的改进方法是采用石英布来代替铜片，将石英布垫在热交换器与模块之间。石英布是由水晶原料经过提纯处理后，在高温状态下熔融拉制而成的具有特殊结构和优良性能的一种无机纤维材料。它具有良好的力学性能，介电性能，热学性能以及物理化学性能，可以承受较大的压力，耐高温，低膨胀，不容易发生变形。将适合的尺寸的石英布垫在热电模块和热交换器之间，通过夹紧装置固定。
本发明的改善汽车热量系统热量传递的方法的作用是：通过石英布将热量均匀的由热交换器传递到热电模块中，均匀的提高冷热端温差，从而提高输出功率。避免热电模块前端温度过高，而传递到后端的热量太少，使输出功率达不到预想的要求。
  本发明中的方法适用于汽车箱式热电系统。
  本发明相比现有技术，具有以下有益效果：
  1.在热电模块与热交换器之间垫上石英布以后，相对于现有的技术，在增加冷热端温差的情况下，可以将温度更加均匀的传递到热电模块上。
  2.当温度均匀的传递到热电模块上的时候，可以避免前端的温度过高，从而可以提高最终的输出功率。
  3.提高热电转换效率，充分发挥热电模块的性能，节省汽车燃料。
附图说明
    图1是汽车箱式热电系统的整体布置框图；
 图2是汽车箱式热电系统的结构示意图。
图3是图2中的局部剖视图。
图中：1-水箱，2-热电模块，3-石英布，4-热交换器，5-π型钢，6-支撑板，7-发动机排气管，8-压紧板，9-蓄电池。
具体实施方式
    下面结合附图1-3对本发明的原理和具体实施方式进一步说明。
图1-3所示，本发明的尾气温差发电热交换器适用于汽车箱式热电系统设置，与汽车相关装置的连接如图1-2所示，汽车发动机排气管7与热交换器的进气口连通，汽车后排气管尾管与热交换器的出气口连通；热交换器4连接汽车蓄电池9；利用压紧板8和π型钢5从上下方将整个热交换器系统压紧，同时在上下方π型钢5之间设置支撑板6。
图1-3中，在热交换器4与热电模块2之间垫上一层一定厚度的石英布3，石英布是由水晶原料经过提纯处理后，在高温状态下熔融拉制而成的具有特殊结构和优良性能的一种无机纤维材料。它具有良好的力学性能，介电性能，热学性能以及物理化学性能，可以承受较大的压力，耐高温，低膨胀，不容易发生变形。将适合的尺寸的石英布垫在热电模块和热交换器之间，通过夹紧装置固定。
所垫石英布3的厚度与热交换器4传递热量所需的热阻相关，宽度与热电模块2宽度相同为55mm，再通过装夹装置将水箱1与热电模块4固定，即让冷端与热端在热电模块两端形成一定的温度差，通过石英布将热量均匀的传递到热电模块上，提高输出功率。
石英布的厚度有几个系列，根据热交换器表面不同位置温度不同，所需的热阻不同，以及表面具有不同的不平度，石英布厚度分为0.1mm,0.3mm，0.5mm这三种。
本发明技术方案中，所垫石英布的层数由实际情况决定，目前沿水箱纵向方向的第一列热电模块与热交换器壳体间垫两层厚度为0.1mm的石英布，第二列热电模块与热交换器壳体间垫一层厚度为0.1mm的石英布。
石英布的装载方法是通过压紧装置固定于热电模块和热交换器之间，使之平整的紧贴于模块和热交换器的表面，从而使热电系统在正常的工作过程中，将热交换器的热量均匀的传递出来，提高输出功率，避免前端温度过高，而传递到后端的热量太少，使输出功率达不到预想的要求。
汽车行驶中，发动机工作产生大量废气，通过发动机排气管进入热交换器4壳体中，经过充分扩散并经过热交换器4壳体导热；热电模块2一面与热交换器4壳体接触形成热端，另一端与冷却系统的水箱1接触形成热端，冷端与热端产生温差，热电模块2通过温差产生电能并提供给汽车蓄电池。由于采用了本发明的石英布3，可以将温度更加均匀的传递到热电模块上，可以避免热端的温度过高，从而可以提高最终的输出功率，提高热电转换效率，充分发挥热电模块的性能，节省汽车燃料。经过热交换器4加热的发动机水箱的冷却水重新回到冷却系统进行循环，从热交换器4壳体出气口排出的气体通过排气管尾管最终排出。

Claims (8)

1.一种改善汽车箱式热电系统热交换器热量传递的方法，热交换器上下端均设置一个热电模块，热电模块通过一个DC/DC转换器与蓄电池相连接，模块输出的电能储存在蓄电池中；各热电模块上方设置水箱；其特征在于：通过在热交换器与热电模块之间垫上石英布，使石英布平整的紧贴于热电模块和热交换器的表面，从而使热电系统在正常的工作过程中，在增加冷热端温差的情况下使热电模块上的温度分布更均匀，提高输出功率和热电转换效率。
2.如权利要求1所述的一种改善箱式热电系统热量传递方式的方法，其特征在于：石英布的装载方法是通过压紧装置固定于热电模块和热交换器之间，以便平整的紧贴于模块和热交换器的表面。
3.如权利要求1或2所述的一种改善箱式热电系统热量传递方式的方法，其特征在于：沿水箱纵向，所垫石英布的宽度与热电模块的宽度相同。
4.如权利要求3所述的一种改善箱式热电系统热量传递方式的方法，其特征在于：所垫石英布的宽度为55mm。
5.如权利要求1或2所述的一种改善箱式热电系统热量传递方式的方法，其特征在于：所垫石英布的厚度根据热交换器表面不同部位温度不同、所需热阻不同、以及表面的不平度分为多个系列。
6.如权利要求5所述的一种改善箱式热电系统热量传递方式的方法，其特征在于：所垫石英布的厚度分为0.1mm,0.3mm，0.5mm三个系列。
7.如权利要求1或2所述的一种改善箱式热电系统热量传递方式的方法，其特征在于：在每层厚度相同情况下，沿水箱纵向方向的第一列热电模块与热交换器壳体间石英布的层数为第二列热电模块与热交换器壳体间层数的两倍。
8.如权利要求7所述的一种改善箱式热电系统热量传递方式的方法，其特征在于：沿水箱纵向方向，第一列热电模块与热交换器壳体间垫两层厚度为0.1mm的石英布，第二列热电模块与热交换器壳体间垫一层厚度为0.1mm的石英布。
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