CN107060966A - 一种适用于尾气热电回收的集热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于尾气热电回收的集热器，包括集热箱体、设置在所述集热箱体的外表面上的导热板和设置在所述导热板上的热电模块，所述集热箱体包括入口管、出口管和集热段，所述导热板设置在所述集热段上，所述集热箱体的内部具有集热腔，所述集热器还包括热管，所述热管包括蒸发段、冷凝段和绝热段，所述蒸发段设置在所述集热段处的所述集热腔中，所述冷凝段设置在所述导热板的内部，所述绝热段连通所述蒸发段和所述冷凝段。该适用于尾气热电回收的集热器通过在集热箱体上加装热管，热管的利用空间增大，使得集热器的集热效果大幅提高，且带来的压力损失较小。
Description
技术领域
本发明涉及汽车尾气温差发电技术领域，具体涉及一种适用于尾气热电回收的集热器。
背景技术
研究表明，传统汽车发动机的燃油能量仅30%左右用于驱动车轮，剩余约70％的能量没有被有效利用，其中约40％的能量以尾气废热形式排放到空气中，造成了能源浪费和环境污染。若对这部分废热加以二次利用，则会有效降低汽车的燃油消耗。温差发电技术是对尾气废热加以二次利用的有效途径，它先通过集热装置收集尾气中的热能，然后通过热电转换材料将热能转换成电能，供汽车内电器设备使用，具有无运动部件、无噪声、无污染、工作可靠、结构紧凑、使用寿命长等特点，在低品位热能利用方面具有独特的优势。集热装置的集热效果直接影响到热电回收效率，是温差发电技术的关键之一。
流动减阻与强化换热是对立矛盾面，采用强化换热的手段来提高尾气废热的回收效率的同时必然会增大尾气的流动阻力，影响排气性能。故在设计集热装置时，需要综合考虑其集热效果和产生的压力损失。
专利CN201310077133中采用集热箱体进行尾气热电回收，为了提高集热效果，箱体内加入了分流板、引流板、扰流板、阻流板等大量翅片。这种在箱体内部加翅片的方法集热效果相对有限，且会带来较大的压力损失，影响排气性能。
专利CN201510244750中通过热管的高导热性将排气管内废热转移到外部进行热电回收，集热效果相对更高。但由于排气管直径较小，通常在50~60mm，将多个热管插入在排气管内，热管的安装数量以及插入到排气管中的热管长度有限。而热管在加工过程中要进行抽真空、焊接等操作，由于工艺原因，头部会有约30mm的无效段，所以会造成热管的利用空间下降。另外将热管过多的插入到排气管道内部，也会带来较大的压力损失，影响排气性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的问题，提供一种集热效果好、压力损失小的适用于尾气热电回收的集热器。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种适用于尾气热电回收的集热器，包括集热箱体、设置在所述集热箱体的外表面上的导热板和设置在所述导热板上的热电模块，所述集热箱体包括入口管、出口管和集热段，所述导热板设置在所述集热段上，所述集热箱体的内部具有集热腔，所述集热器还包括热管，所述热管包括蒸发段、冷凝段和绝热段，所述蒸发段设置在所述集热段处的所述集热腔中，所述冷凝段设置在所述导热板的内部，所述绝热段连通所述蒸发段和所述冷凝段。
优选地，所述蒸发段的长度延伸方向垂直于所述集热腔内气体流动方向。
优选地，所述绝热段分别设置在所述热管的两端部，所述蒸发段和所述冷凝段通过两端部的所述绝热段连通后使所述热管形成封闭环形结构。
优选地，所述蒸发段在所述集热腔中靠近所述集热腔的壁面。
优选地，所述集热箱体呈扁平状，所述导热板分别设置在所述集热段的上下表面上，所述热管分别设置在所述集热器的上部和下部，位于所述集热器的上部的所述热管的所述蒸发段位于所述集热腔的上部，所述冷凝段位于所述集热段的上表面上的所述导热板内，位于所述集热器的下部的所述热管的所述蒸发段位于所述集热腔的下部，所述冷凝段位于所述集热段的下表面上的所述导热板内。
进一步地，位于所述集热器的上部的所述热管和位于所述集热器的下部的所述热管均设有多个，上部的多个所述热管和下部的多个所述热管均沿气流流动方向间隔分布。
更进一步地，位于所述集热器的上部的多个所述热管和位于所述集热器下部的多个所述热管沿气流流动方向交替间隔设置。
优选地，所述蒸发段的横截面呈扁平状，且所述横截面的外轮廓具有弧度。
进一步地，所述蒸发段的横截面为椭圆形。
优选地，所述集热箱体还包括用于连接所述集热段与所述入口管的第一过渡段、用于连接所述集热段与所述出口管的第二过渡段，所述第一过渡段从与所述集热段的连接处到与所述入口管的连接处横截面逐渐减小，所述第二过渡段从与所述集热段的连接处到与所述出口管的连接处横截面逐渐减小。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的适用于尾气热电回收的集热器通过在集热箱体上加装热管，热管的利用空间增大，使得集热器的集热效果大幅提高，且带来的压力损失较小。
附图说明
附图1为本发明的适用于尾气热电回收的集热器的结构示意图；
附图2为本发明的适用于尾气热电回收的集热器的俯视图；
附图3为附图2中沿A-A线的剖视图（放大图）；
附图4为附图2中沿B-B线的剖视图；
附图5为附图4中A处局部放大图。
其中：1、集热箱体；11、入口管；12、出口管；13、集热段；14、第一过渡段；15、第二过渡段；16、集热腔；2、导热板；3、热管；31、蒸发段；32、冷凝段；33、绝热段。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
参见图1~图5所示的适用于尾气热电回收的集热器，包括集热箱体1、设置在集热箱体1的外表面上的导热板2和设置在导热板2上的热电模块（图中未示出）。
集热箱体1包括入口管11、出口管12、集热段13、连接在集热段13与入口管11之间的第一过渡段14、连接在集热段13与出口管12之间的第二过渡段15，集热箱体1的内部具有集热腔16，本实施例中，集热腔16位于集热箱体1的中部。
本实施例中，入口管11和出口管12分别设置在集热箱体1的长度方向上的相对两端部，且入口管11和出口管12的中心轴线沿同一直线方向延伸。
集热箱体1呈扁平状，集热段13位于集热箱体1的长度方向上的中部，集热段13的面积最大，且集热段13各表面中其上下表面面积最大。第一过渡段14从与集热段13的连接处到与入口管11的连接处横截面逐渐减小，第二过渡段15从与集热段13的连接处到与出口管12的连接处横截面逐渐减小。本实施例中，第一过渡段14和第二过渡段15对称设置在集热箱体1的长度方向上的两端。
本实施例中，导热板2为铝热板，也为扁平状，与集热段13的上下表面的形状相同，导热板2有两块，分别设置在集热段13的上下表面上。
集热器还包括热管3，热管3包括蒸发段31、冷凝段32和绝热段33，蒸发段31设置在集热段13处的集热腔16中，冷凝段32设置在导热板2的内部并与导热板2紧密接触，绝热段33连通蒸发段31和冷凝段32。绝热段33有两段，蒸发段31的一端部与冷凝段32的一端部通过一段绝热段33连通，蒸发段31的另一端部与冷凝段32的另一端部通过另一段绝热段33连通，这样，蒸发段31、绝热段33、冷凝段32、绝热段33依次顺序首尾连接使热管3形成封闭环形结构。
一种具体的实施例，蒸发段31的长度延伸方向垂直于集热腔16中气流的流动方向，这样，当气流流经集热腔16时，热管3的蒸发段31能够与垂直流过的热气体发生充分接触，从而提高热管3的利用空间，可提高集热效果。
优选冷凝段32与蒸发段31平行设置，两段绝热段33对称设置在热管3的长度方向上的两端部。
本实施例中，热管3分别设置在集热器的上部和下部，位于集热器的上部的热管3的蒸发段31位于集热腔16的上部，且靠近集热腔16的上壁面，冷凝段32位于集热段13的上表面上的导热板2内；位于集热器的下部的热管3的蒸发段31位于集热腔16的下部，且靠近集热腔16的下壁面，冷凝段32位于集热段13的下表面上的导热板2内。
位于集热器的上部的热管3和位于集热器的下部的热管3均设有多个，均沿气流流动方向依次间隔设置。且位于集热器的上部的热管3和位于集热器下部的热管3沿气流流动方向交替设置，使得集热腔16内上下壁面处的热管3的蒸发段31交替排列，这使得集热腔16的通道截面积基本保持不变，从而减小了热管3的蒸发段31对集热腔16内部气流造成的流动阻力。
上下两排热管3沿着气流流动方向交替排列，使集热腔16内的蒸发段31与集热腔16的壁面构成了近似波纹型表面，这样，集热腔16内部会出现交替的正压力梯度和逆压力梯度，在相邻的两个蒸发段31之间就会出现回流区，伴随着流动分离的同时出现大量的流向涡，同时流动的湍流程度被加强，使得强化换热效果进一步提高。另外，波纹型表面能以较小的压力损失获得较高的强化传热效果，与专利CN201310077133在集热箱体内安装翅片、专利CN201510244750将热管直接插入在排气管内相比，产生的压力损失明显减小。
热管3的蒸发段31的横截面呈扁平状，且横截面的外轮廓面具有弧度，其形状不唯一，本实施例中，蒸发段31的横截面近似呈椭圆形。
该集热器的工作原理如下：
当尾气流过集热腔16时，尾气废热会通过集热箱体1表面传入导热板2内；同时位于集热腔16 内的蒸发段31会吸收热量，通过绝热段33将热量带到冷凝段32，然后又被导热板2吸收，从而将集热箱体1内部的尾气废热收集到集热箱体1外部的导热板2上面。通过在导热板2上面的热电模块就可以进行尾气废热的热电回收。
该集热器的集热箱体1本身具有集热效果，尾气废热会通过集热箱体1表面传入导热板2内。同时热管3又能高效地将集热箱体1内部的废热导入导热板2内，这进一步提高了废热回收效率。该集热器与专利CN201310077133在集热箱体内安装翅片、专利CN201510244750将热管直接插入在排气管内相比，集热效果大幅提高，且带来的压力损失减小。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种适用于尾气热电回收的集热器，包括集热箱体、设置在所述集热箱体的外表面上的导热板和设置在所述导热板上的热电模块，所述集热箱体包括入口管、出口管和集热段，所述导热板设置在所述集热段上，所述集热箱体的内部具有集热腔，其特征在于：所述集热器还包括热管，所述热管包括蒸发段、冷凝段和绝热段，所述蒸发段设置在所述集热段处的所述集热腔中，所述冷凝段设置在所述导热板的内部，所述绝热段连通所述蒸发段和所述冷凝段。
2.根据权利要求1所述的适用于尾气热电回收的集热器，其特征在于：所述蒸发段的长度延伸方向垂直于所述集热腔内气体流动方向。
3.根据权利要求1所述的适用于尾气热电回收的集热器，其特征在于：所述绝热段分别设置在所述热管的两端部，所述蒸发段和所述冷凝段通过两端部的所述绝热段连通后使所述热管形成封闭环形结构。
4.根据权利要求1所述的适用于尾气热电回收的集热器，其特征在于：所述蒸发段在所述集热腔中靠近所述集热腔的壁面。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的适用于尾气热电回收的集热器，其特征在于：所述集热箱体呈扁平状，所述导热板分别设置在所述集热段的上下表面上，所述热管分别设置在所述集热器的上部和下部，位于所述集热器的上部的所述热管的所述蒸发段位于所述集热腔的上部，所述冷凝段位于所述集热段的上表面上的所述导热板内，位于所述集热器的下部的所述热管的所述蒸发段位于所述集热腔的下部，所述冷凝段位于所述集热段的下表面上的所述导热板内。
6.根据权利要求5所述的适用于尾气热电回收的集热器，其特征在于：位于所述集热器的上部的所述热管和位于所述集热器的下部的所述热管均设有多个，上部的多个所述热管和下部的多个所述热管均沿气流流动方向间隔分布。
7.根据权利要求6所述的适用于尾气热电回收的集热器，其特征在于：位于所述集热器的上部的多个所述热管和位于所述集热器下部的多个所述热管沿气流流动方向交替间隔设置。
8.根据权利要求1所述的适用于尾气热电回收的集热器，其特征在于：所述蒸发段的横截面呈扁平状，且所述横截面的外轮廓具有弧度。
9.根据权利要求8所述的适用于尾气热电回收的集热器，其特征在于：所述蒸发段的横截面为椭圆形。
10.根据权利要求1所述的适用于尾气热电回收的集热器，其特征在于：所述集热箱体还包括用于连接所述集热段与所述入口管的第一过渡段、用于连接所述集热段与所述出口管的第二过渡段，所述第一过渡段从与所述集热段的连接处到与所述入口管的连接处横截面逐渐减小，所述第二过渡段从与所述集热段的连接处到与所述出口管的连接处横截面逐渐减小。
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| CN111917336B (zh) * | 2020-06-29 | 2022-05-24 | 天津商业大学 | 基于热电材料半导体特性的非均匀强化翅片温差发电器 |
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