CN103904949A - 温差发电装置及车载尾气余热温差发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温差发电装置，包括尾气箱、冷却水箱组件、温差发电模块组件和夹紧板；所述尾气箱的两端分别设置有进气歧管和排气歧管，所述尾气箱包括气箱体、分流翅片、导流翅片和汇流翅片；所述冷却水箱组件的两端分别设置有进水歧管和出水歧管，所述冷却水箱组件包括多个冷却水箱，所述冷却水箱包括水箱体和导流板；所述温差发电模块组件的热端与尾气箱的两侧贴合、冷端与冷却水箱组件的一侧贴合，所述温差发电模块组件包括多个温差发电模块，所述夹紧板设置在冷却水箱组件的外部，且所述夹紧板的两端通过螺栓锁紧。本发明通过优化和改进温差发电装置的结构，提高发电效率，达到提高能源利用率的目的。

Description

温差发电装置及车载尾气余热温差发电系统

技术领域

本发明属于汽车节能减排技术领域，具体涉及一种温差发电装置及车载尾气余热温差发电系统。

背景技术

资源匮乏和能源短缺是全世界共同关注的问题，也是制约以内燃机为动力的传统汽车产业高速发展的技术瓶颈。而有限的车用燃油（汽油和柴油）的利用率也很低，大约三分之二的能量以尾气余热和机械耗损的方式耗散到空气中，这与当今提倡的绿色环保、节能减排的宗旨不符，亟待改进和改善传统的内燃机工作过程和排放过程，发明新的节能减排机构。

传统的汽车尾气一般只经过三元催化转化器和消声器（部分中高端汽车采用了可以提高能量利用率的尾气涡轮增压技术）而直接排放到大气中，从发动机出来的尾气温度可达600~800℃，其中含有较高的热量，可以采用温差发电装置将尾气中的热量转化为电能，达到节能环保的目的。目前，国内已有多家高校、研究所以及企业在从事尾气余热温差发电方面的研究，也取得了实质性的成果，但是，现有的温差发电装置发电效率低，能量的回收利用率也比较低，一般低于5%。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中无法有效解决因温差发电装置发电效率低导致能量回收利用率低等问题的缺陷，提供一种温差发电装置及车载尾气余热温差发电系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种温差发电装置，包括尾气箱、冷却水箱组件、温差发电模块组件和夹紧板；其中，

所述尾气箱的两端分别设置有进气歧管和排气歧管，所述尾气箱包括气箱体、分流翅片、导流翅片和汇流翅片，所述分流翅片靠近进气歧管设置，所述汇流翅片靠近排气歧管设置，所述导流翅片设置在分流翅片和汇流翅片之间，所述尾气经进气歧管进入气箱体内，并通过分流翅片均匀分散至导流翅片形成的导流槽内，再经汇流翅片汇聚在一起通过排气歧管排出；

所述冷却水箱组件的两端分别设置有进水歧管和出水歧管，所述冷却水箱组件包括多个冷却水箱，所述冷却水箱对称设置在尾气箱的两侧，位于尾气箱同一侧的相邻冷却水箱之间通过横向连接管连通，位于尾气箱两侧的冷却水箱通过竖向连接管连通，所述冷却水箱包括水箱体和导流板，多个所述导流板交错设置在所述水箱体内，所述冷却水经进水歧管进入水箱体内，并沿着导流板蛇形流动再经出水歧管排出；

所述温差发电模块组件的热端与尾气箱的两侧贴合、冷端与冷却水箱组件的一侧贴合，所述温差发电模块组件包括多个温差发电模块，所述夹紧板设置在冷却水箱组件的外部，且所述夹紧板的两端通过螺栓锁紧，以使尾气箱、冷却水箱组件和温差发电模块组件紧固连接。

按上述技术方案，所述温差发电模块组件包括多个所述温差发电模块，每1～10个温差发电模块并联成一组，每组之间串联连接。

按上述技术方案，3对所述分流翅片、多对所述导流翅片、3对所述汇流翅片分别沿气箱体的中心线对称设置，3对所述分流翅片的夹角分别为110°、90°和70°，多对所述导流翅片沿气箱体的外形均匀布置，3对所述汇流翅片的夹角分别为70°、90°和110°。

按上述技术方案，所述气箱体的上下表面为正八边形。

提供一种车载尾气余热温差发电系统，设置在前轮和后轮之间的底盘上，该系统包括2对温差发电装置、主进气管、主排气管、主进水管和主出水管，所述主进气管与发动机连接，2对温差发电装置分别对称设置在主进气管的两侧，且每个温差发电装置通过其进气歧管与主进气管连接，每对温差发电装置的进气歧管之间的夹角为65°～85°，所述主排气管的两侧均设有主排气管，每根主排气管与位于主进气管同一侧的两个温差发电装置的排气歧管连接，所述主进气管同一侧的两个温差发电装置的排气歧管之间的夹角为65°～85°，所述主进水管与每个温差发电装置的进水歧管连接，所述主出水管与每个温差发电装置的出水歧管连接。

按上述技术方案，所述每对温差发电装置的进气歧管之间的夹角为78°，所述主进气管同一侧的两个温差发电装置的排气歧管之间的夹角为78°。

按上述技术方案，靠近发动机设置的一对温差发电装置之间的距离大于另外一对温差发电装置之间的距离。

本发明产生的有益效果是：通过优化和改进温差发电装置的结构，提高发电效率，达到提高能源利用率的目的。

具体的，通过在气箱体内设置分流翅片、导流翅片和汇流翅片，促进气体规则顺畅流动，增加气体流动行程，有利于气流在气箱体内匀质、平稳流动，以使温差发电模块充分吸收尾气中的热量，提高热端温度，同时，通过在尾气箱两侧布置多个冷却水箱，每侧的冷却水箱之间串联，再将两侧并联，可以尽量保持温差发电模块冷端的温度一致，而且在水箱体内交错布置导流板，使冷却水只能在其内蛇形流动，最大程度地增加冷却水的流动路程，使得冷却水充分吸收温差发电模块的热量，降低冷端温度，从而维持温差发电模块热端与冷端之间的较大温差，提高发电效率，另外导流板还可以使冷却水流动更平稳、缓慢，有效降低工作噪音。另外，该系统将温差发电模块设置在尾气箱和冷却水箱组件之间，可有效提高空间利用率和热量吸收率。

进一步的，现将多个温差发电模块并联成一组，然后将每组串联输出，可以得到较大的电压和电流，进一步提高温差发电模块的发电效率。

进一步的，气箱体内对称排列分流翅片、导流翅片和汇流翅片，通过设置每对分流翅片和汇流翅片之间合适的夹角、以及导流翅片的排列方式，可以使得气体流动路径更长、更规律，便于温差发电模块充分吸热，可以优化温差发电模块的发电品质和工作稳定性。

进一步的，通过将气箱体设计成正八边形，可使气体流动更均匀，且可减小尾气进出口温差，可以在温度较低较小的情况下增大受热面积，有利于温差发电模块进一步充分吸收热量。

本发明产生的有益效果是：整个车载尾气余热温差发电系统采用四个温差发电装置，采用矩形阵列布置方式，使得该系统结构紧凑、最大限度提高汽车底盘的空间利用率，且该系统采用仿生学原理，结构对称设置，使其形似人体呼吸系统，进气歧管、排气歧管之间的夹角与人体最佳呼吸状态支气管夹角一致，最大限度减小气流阻力，使进排气更通畅，降低发动机排气阻力，有助于燃油在发动机内充分燃烧。该系统可以应用于SUV等大功率、高底盘乘用车上，该系统与乘用车共用冷却水循环系统和尾气排放系统，系统兼容性高、实践性强。

进一步的，进气歧管、排气歧管之间的夹角设置为78°，可以保证进排气通畅，最大限度地降低气流阻力。

进一步的，将其中一对温差发电装置之间的距离设置小一点，以便于充分利用空间布置主排气管。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明温差发电装置实施例的结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是图1的俯视图；

图4是尾气箱的结构示意图；

图5是冷却水箱的结构示意图；

图6是本发明车载尾气余热温差发电系统实施例的结构示意图；

图7是图6的整车安装示意图。

其中1-发动机、2-主进气管、3-前轮、5-后轮、7-主进水管、8-进气歧管、9-进水歧管、10-温差发电装置、11-排气歧管、12-出水歧管、13-主出水管、14-主排气管、15-温差发电模块、16-夹紧板、17-冷却水箱、18-横向连接管、19-螺栓、20-尾气箱、21-竖向连接管、22-分流翅片、23-导流翅片、24-汇流翅片、25-导流板、26-气箱体、27-水箱体。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1～图3所示，温差发电装置，包括尾气箱20、冷却水箱组件、温差发电模块组件和夹紧板16。

如图4所示，尾气箱20的两端分别设置有进气歧管8和排气歧管11，尾气箱20包括气箱体26、分流翅片22、导流翅片23和汇流翅片24，气箱体26的上下表面为正八边形，由黄铜材料制成，分流翅片22靠近进气歧管8设置，汇流翅片24靠近排气歧管11设置，导流翅片23设置在分流翅片22和汇流翅片24之间，优选的，3对分流翅片22、多对导流翅片23、3对汇流翅片24分别沿气箱体26的中心线对称设置，3对分流翅片22的夹角分别为110°、90°和70°，多对导流翅片23沿气箱体26的外形均匀布置，3对汇流翅片24的夹角分别为70°、90°和110°，尾气经进气歧管8进入气箱体26内，并通过分流翅片22均匀分散至导流翅片23形成的导流槽内，再经汇流翅片24汇聚在一起通过排气歧管11排出。

如图1～图3所示，冷却水箱组件的两端分别设置有进水歧管9和出水歧管12，冷却水箱组件包括多个冷却水箱17，冷却水箱17对称设置在尾气箱20的两侧，位于尾气箱20同一侧的相邻冷却水箱17之间通过横向连接管18连通，位于尾气箱20两侧的冷却水箱17通过竖向连接管21连通，如图5所示，冷却水箱17包括水箱体27和导流板25，水箱体27为长方体箱体结构，由黄铜材料制成，多个导流板25交错设置在水箱体27内，冷却水经进水歧管9进入水箱体27内，并沿着导流板25蛇形流动再经出水歧管12排出。

如图1～图3所示，温差发电模块组件的热端与尾气箱20的两侧贴合、冷端与冷却水箱组件的一侧贴合，温差发电模块组件包括多个温差发电模块15，夹紧板16设置在冷却水箱组件的外部，且夹紧板16的两端通过螺栓19锁紧，以使尾气箱20、冷却水箱组件和温差发电模块组件紧固连接。温差发电模块组件包括多个温差发电模块15，每1～10个温差发电模块15并联成一组，每组之间串联连接。

如图6～图7所示，相应的，本发明还提供一种车载尾气余热温差发电系统，该系统通过装夹装置设置在前轮3和后轮5之间的底盘上，该系统包括2对温差发电装置10、主进气管2、主排气管14、主进水管7和主出水管13，主进气管2与发动机1连接，2对温差发电装置10分别对称设置在主进气管2的两侧，且每个温差发电装置10通过其进气歧管8与主进气管2连接，每对温差发电装置10的进气歧管8之间的夹角为65°～85°，主排气管14的两侧均设有主排气管14，每根主排气管14与位于主进气管2同一侧的两个温差发电装置10的排气歧管11连接，主进气管2同一侧的两个温差发电装置10的排气歧管11之间的夹角为65°～85°，主进水管7与每个温差发电装置10的进水歧管9连接，主出水管13与每个温差发电装置10的出水歧管12连接，优选的每对温差发电装置10的进气歧管8之间的夹角为78°，主进气管2同一侧的两个温差发电装置10的排气歧管11之间的夹角为78°，靠近发动机1设置的一对温差发电装置10之间的横向距离大于另外一对温差发电装置10之间的横向距离，具体相差120mm，方便布置温差发电装置排气管11。

该系统与汽车底盘共用一套冷却水循环系统，冷却水通过主进水管7分流，经过进水歧管9分两路流入到温差发电装置10中，再流经出水歧管12，通过主出水管13汇集为一路流出该系统。

本发明设计出一套具体的温差发电装置，其采用的温差发电模块15的长、宽、高分别为60mm、40mm、5mm，温差发电模块15按照尾气流动方向均匀分布在尾气箱20的两侧；气箱体26做成正八边形的柱体箱体，边长248mm、高48mm、壁厚4mm，其内三对分流翅片22的翅片高40mm、厚3mm，沿着气流方向分流翅片22长度依次为70mm、65mm、60mm，第一对分流翅片22内端相距55mm、夹角为110°，第二对分流翅片22内端相距40mm、夹角为90°，第三对分流翅片22内端相距25mm、夹角为70°，三对分流翅片22依次将气流均匀分散到导流翅片23与气箱体26形成的导流槽内，导流翅片23的高为40mm、厚为3mm，按照正八边形的形状均匀分布在气箱体26中，相邻导流翅片23间隔60mm，每条边相交处的过度圆角为50mm，确保气流在导流槽内流动，气箱体26后部对称分布有三对汇流翅片24，汇流翅片24高40mm、厚3mm，沿着气流方向汇流翅片24长度依次为60mm、65mm、70mm；第一对汇流翅片24内端相距25mm、夹角为70°，第二对汇流翅片24内端相距40mm、夹角为90°，第三对汇流翅片24内端相距55mm、夹角为110°，三对汇流翅片24分别将导流槽内的气流汇聚在一起排出气箱体26；水箱体27做成长方体箱体，宽、高、厚分别为58mm、20mm、4mm, 长度根据气箱体26的正八边形结构而变化，其内设的导流板25的几何尺寸为：长/宽/厚=40/12/3(mm)，相邻导流板25的间距为24mm。综上，尾气箱20每个表面上可以设置102个温差发电模块15，按照每6个并联成一组，然后再将17组温差发电模块15串联输出，温差发电模块15热端与尾气箱20贴合，冷端与冷却水箱17贴合，通过夹紧板16和夹紧螺栓组19将温差发电模块15、冷却水箱17与尾气箱20安装在一起。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种温差发电装置，其特征在于：包括尾气箱（20）、冷却水箱组件、温差发电模块组件和夹紧板（16）；其中，

所述尾气箱（20）的两端分别设置有进气歧管（8）和排气歧管（11），所述尾气箱（20）包括气箱体（26）、分流翅片（22）、导流翅片（23）和汇流翅片（24），所述分流翅片（22）靠近进气歧管（8）设置，所述汇流翅片（24）靠近排气歧管（11）设置，所述导流翅片（23）设置在分流翅片（22）和汇流翅片（24）之间，所述尾气经进气歧管（8）进入气箱体（26）内，并通过分流翅片（22）均匀分散至导流翅片（23）形成的导流槽内，再经汇流翅片（24）汇聚在一起通过排气歧管（11）排出；

所述冷却水箱组件的两端分别设置有进水歧管（9）和出水歧管（12），所述冷却水箱组件包括多个冷却水箱（17），所述冷却水箱（17）对称设置在尾气箱（20）的两侧，位于尾气箱（20）同一侧的相邻冷却水箱（17）之间通过横向连接管（18）连通，位于尾气箱（20）两侧的冷却水箱（17）通过竖向连接管（21）连通，所述冷却水箱（17）包括水箱体（27）和导流板（25），多个所述导流板（25）交错设置在所述水箱体（27）内，所述冷却水经进水歧管（9）进入水箱体（27）内，并沿着导流板（25）蛇形流动再经出水歧管（12）排出；

所述温差发电模块组件的热端与尾气箱（20）的两侧贴合、冷端与冷却水箱（17）组件贴合，所述温差发电模块组件包括多个温差发电模块（15），所述夹紧板（16）设置在冷却水箱（17）组件的外部，且所述夹紧板（16）的两端通过螺栓（19）锁紧，以使尾气箱（20）、冷却水箱（17）组件和温差发电模块组件紧固连接。

2.根据权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于：所述温差发电模块组件包括多个所述温差发电模块（15），每1～10个温差发电模块（15）并联成一组，每组之间串联连接。

3.根据权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于：3对所述分流翅片（22）、多对所述导流翅片（23）、3对所述汇流翅片（24）分别沿气箱体（26）的中心线对称设置，3对所述分流翅片（22）的夹角分别为110°、90°和70°，多对所述导流翅片（23）沿气箱体（26）的外形均匀布置，3对所述汇流翅片（24）的夹角分别为70°、90°和110°。

4.根据权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于：所述气箱体（26）的上下表面为正八边形。

5.一种车载尾气余热温差发电系统，设置在前轮（3）和后轮（5）之间的底盘上，其特征在于：该系统包括2对以上任一权利要求所述的温差发电装置（10）、主进气管（2）、主排气管（14）、主进水管（7）和主出水管（13），所述主进气管（2）与发动机（1）连接，2对温差发电装置（10）分别对称设置在主进气管（2）的两侧，且每个温差发电装置（10）通过其进气歧管（8）与主进气管（2）连接，每对温差发电装置（10）的进气歧管（8）之间的夹角为65°～85°，所述主排气管（14）的两侧均设有主排气管（14），每根主排气管（14）与位于主进气管（2）同一侧的两个温差发电装置（10）的排气歧管（11）连接，所述主进气管（2）同一侧的两个温差发电装置（10）的排气歧管（11）之间的夹角为65°～85°，所述主进水管（7）与每个温差发电装置（10）的进水歧管（9）连接，所述主出水管（13）与每个温差发电装置（10）的出水歧管（12）连接。

6.根据权利要求5所述的车载尾气余热温差发电系统，其特征在于：所述每对温差发电装置（10）的进气歧管（8）之间的夹角为78°，所述主进气管（2）同一侧的两个温差发电装置（10）的排气歧管（11）之间的夹角为78°。

7.根据权利要求5所述的车载尾气余热温差发电系统，其特征在于：靠近发动机（1）设置的一对温差发电装置（10）之间的横向距离大于另外一对温差发电装置（10）之间的横向距离。

Images