CN105429510A - 基于热管技术的发动机冷却系统能量回收装置及方法 - Google Patents

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马宗正
徐平
马涛
赵科
杨安杰
王新莉
王献伟
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Abstract

本发明属于汽车发动机能量回收技术领域。一种基于热管技术的发动机冷却系统能量回收装置及方法，其通过温差发电器进行发动机冷却系统的能量回收，所述的温差发电器的热端连通设置在发动机冷却系统的冷却液循环管道上，采用对发动机冷却后的冷却液作为热端能量；所述温差发电器的冷端通过热管连接散热片，所述的散热片与发动机散热器并排设置；最后通过设置在温差发电器的热端和冷端之间的温差发电片实现发动机冷却系统的能量回收。本发明将能量回收装置设置在发动机散热器的上部，将温差发电器冷端连接的散热片设置在发动机散热器前部，这样可以充分利用发动机舱内部的空间，同时还可以利用发动机冷却系统的冷却风扇实现散热。

Description

基于热管技术的发动机冷却系统能量回收装置及方法
技术领域
本发明属于汽车发动机能量回收技术领域，具体涉及一种基于热管技术的发动机冷却系统能量回收装置及方法。
背景技术
内燃机的发展已经超过120年的历史，虽然热效率与最初的发动机相比有了显著提高，但是大部分的能量还是以废气和冷却的方式浪费掉，所占燃油能量的70%左右。其中发动机排气所带走的热量占燃料燃烧热量的30%~45%左右，用于冷却的热量占到30%左右，这些能量大部分都以余热的方式散失到空气中，造成了巨大的能量浪费。如果能够对这部分能量进行回收利用，则会明显提高内燃机的燃油经济性，有研究表明，如果能够将这些能量进行回收利用，内燃机的燃油经济性能够轻而易举的提高20%。
温差发电技术是利用热电材料的塞贝克效应（Seebeckeffect）直接将热能转化为电能，是一种全固态能量转换方式，具有无需增加发动机负载、无噪声、体积小等特点，是一种较为理想的能量回收技术。为此，以温差发电技术为基础开发了发动机冷却系统能量回收装置。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种结构设计合理，能够充分利用发动机舱内部空间，并由发动机冷却系统的风扇实现温差发电器的冷端降温冷却的基于热管技术的发动机冷却系统能量回收装置及方法。
为达到上述目的，所采取的技术方案是：
一种基于热管技术的发动机冷却系统能量回收装置，包括温差发电器，所述的温差发电器包括匹配对应设置的冷端和热端、以及设置在冷端与热端之间的温差发电片，所述的温差发电器的冷端通过热管连接有散热片，所述的温差发电器的热端连通设置在发动机冷却系统的冷却液循环管道上。
所述热管端部的散热片与发动机的散热器并排设置，且热管端部的散热片和发动机的散热器由冷却风扇同时进行冷却。
所述的温差发电器的冷端为实心板，所述的实心板上通过并排设置的多根热管与散热片连接，所述的温差发电器的热端为能量回收管道，所述的能量回收管道包括呈箱体结构的壳体，所述壳体的上下两端面均匹配对应设置有实心板，所述的壳体左右两端部分别开设有热端进口和热端出口，在所述的壳体内设置有多道迂回导流板并形成流通冷却液的迂回通道，所述的能量回收管道通过热端进口和热端出口与冷却液循环管道相连通。
一种上述发动机冷却系统能量回收装置的能量回收方法，其通过温差发电器进行发动机冷却系统的能量回收，所述的温差发电器的热端连通设置在发动机冷却系统的冷却液循环管道上，采用对发动机冷却后的冷却液作为热端能量；所述温差发电器的冷端通过热管连接散热片，所述的散热片与发动机散热器并排设置，通过冷却风扇对散热片和发动机散热器同时进行降温冷却，使得冷端温度趋于周边环境空气温度；最后通过设置在温差发电器的热端和冷端之间的温差发电片实现发动机冷却系统的能量回收。
所述的温差发电器的冷端为实心板，温差发电器的热端包括与实心板对应设置且呈箱体结构的壳体，所述壳体的上下两端面均匹配对应设置有实心板，所述的壳体内部设置迂回通道，所述的实心板通过热管和散热片进行降温冷却形成冷端，所述的壳体通过迂回通道内流通的冷却液提供热量形成热端。
采用上述技术方案，所取得的有益效果是：
①本发明将能量回收装置可以设置在发动机舱内部布置于上部或者下部，将温差发电器冷端连接的散热片设置在发动机散热器前部，这样可以充分利用发动机舱内部的空间，同时还可以利用发动机冷却系统的冷却风扇实现散热。
②本发明的采用热管技术，其不仅热管自身可以任意弯曲，根据发动机舱内部空间将热管做成弯管，合理充分利用发动机舱中的内部空间，同时其热管的热传递效率高，能够将温差发电器冷端的热量充分有效的传递到散热片上去，充分考虑到温差发电片之间的热辐射效应，从而确保温差发电器的冷端和热端之间的温度差保持在有效的稳定范围内。
附图说明
图1为本发明的安装位置结构示意图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为图2的右视结构示意图。
图4为能量回收管道的结构示意图之一。
图5为能量回收管道的结构示意图之二。
图6为能量回收管道的结构示意图之三。
图7为能量回收管道的结构示意图之四。
图中序号：1为实心板、2为能量回收管道、3为散热片、4为温差发电片、5为热管、6为散热器、7为壳体、8为热端进口、9为热端出口、10为迂回导流板、11为冷却液循环管道。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
实施例一：参见图1-图7，本发明一种基于热管技术的发动机冷却系统能量回收装置，包括温差发电器，所述的温差发电器包括匹配对应设置的冷端和热端、以及设置在冷端与热端之间的温差发电片4，所述的温差发电器的冷端为实心板1，所述的实心板1上通过并排设置的多根热管5与散热片3连接，所述的温差发电器的热端为能量回收管道2，所述的能量回收管道2包括呈箱体结构的壳体7，所述壳体7的上下两端面均匹配对应设置有实心板1，所述的壳体7左右两端部分别开设有热端进口8和热端出口9，在所述的壳体7内设置有多道迂回导流板10并形成流通冷却液的迂回通道，如图4-图7所示；所述的能量回收管道2通过热端进口8和热端出口9与冷却液循环管道11相连通，所述热管5端部的散热片3与发动机的散热器6并排设置，且热管5端部的散热片3和发动机的散热器6由冷却风扇同时进行冷却。
在发动机工作时，冷却液通过能量回收管道，使得能量回收管道的表明温度升高，大约在95°C左右，而此时实心板通过热管和散热片降温冷却后温度与环境温度基本一致，这样在温差发电片两端就产生了温差，从而可以产生电压；温差发电片采用串联方式连接，并利用升压模块将压力升高到5V或者12V，从而可以作为整车的能源或者对电瓶进行充电，从而实现废弃能量的回收利用，达到能量回收的目的，并且能够提高发动机的燃油经济性。
实施例二：参见图1-图7，一种,发动机冷却系统能量回收装置的能量回收方法，其通过温差发电器进行发动机冷却系统的能量回收，其中，所述的温差发电器的冷端为实心板1，实心板1上通过并排设置的多根热管5与散热片3连接，温差发电器的热端包括与实心板对应设置且呈箱体结构的壳体7，所述壳体7的上下两端面均匹配对应设置有实心板1，所述的壳体7内部设置迂回通道10，所述的实心板1通过热管5和散热片3进行降温冷却形成冷端，所述的壳体7通过迂回通道10内流通的冷却液提供热量形成热端。
所述的温差发电器的热端连通设置在发动机冷却系统的冷却液循环管道11上，采用对发动机冷却后的冷却液作为热端能量；所述温差发电器的冷端的实心板1通过热管5连接散热片3，所述的散热片3与发动机的散热器6并排设置，通过冷却风扇对散热片3和发动机散热器6同时进行降温冷却，使得冷端温度趋于周边环境空气温度；最后通过设置在温差发电器的实心板1和能量回收管道2之间的温差发电片4实现发动机冷却系统的能量回收。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种基于热管技术的发动机冷却系统能量回收装置，包括温差发电器，其特征在于：所述的温差发电器包括匹配对应设置的冷端和热端、以及设置在冷端与热端之间的温差发电片，所述的温差发电器的冷端通过热管连接有散热片，所述的温差发电器的热端连通设置在发动机冷却系统的冷却液循环管道上。
2.根据权利要求1所述的基于热管技术的发动机冷却系统能量回收装置，其特征在于：所述热管端部的散热片与发动机的散热器并排设置，且热管端部的散热片和发动机的散热器由冷却风扇同时进行冷却。
3.根据权利要求1所述的基于热管技术的发动机冷却系统能量回收装置，其特征在于：所述的温差发电器的冷端为实心板，所述的实心板上通过并排设置的多根热管与散热片连接，所述的温差发电器的热端为能量回收管道，所述的能量回收管道包括呈箱体结构的壳体，所述壳体的上下两端面均匹配对应设置有实心板，所述的壳体左右两端部分别开设有热端进口和热端出口，在所述的壳体内设置有多道迂回导流板并形成流通冷却液的迂回通道，所述的能量回收管道通过热端进口和热端出口与冷却液循环管道相连通。
4.一种利用权利要求1所述的发动机冷却系统能量回收装置的能量回收方法，其特征在于：通过温差发电器进行发动机冷却系统的能量回收，所述的温差发电器的热端连通设置在发动机冷却系统的冷却液循环管道上，采用对发动机冷却后的冷却液作为热端能量；所述温差发电器的冷端通过热管连接散热片，所述的散热片与发动机散热器并排设置，通过冷却风扇对散热片和发动机散热器同时进行降温冷却，使得冷端温度趋于周边环境空气温度；最后通过设置在温差发电器的热端和冷端之间的温差发电片实现发动机冷却系统的能量回收。
5.根据权利要求4所述的能量回收方法，其特征在于：所述的温差发电器的冷端为实心板，温差发电器的热端包括与实心板对应设置且呈箱体结构的壳体，所述壳体的上下两端面均匹配对应设置有实心板，所述的壳体内部设置迂回通道，所述的实心板通过热管和散热片进行降温冷却形成冷端，所述的壳体通过迂回通道内流通的冷却液提供热量形成热端。
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