CN114352391A - 一种汽车尾气废热高效能量回收装置及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车尾气废热高效能量回收装置及设计方法。基于温差发电技术，将热管技术和导热翅片相结合应用于能量回收装置的冷热源，实现汽车尾气废热高效回收和冷却水快速散热。设计过程中主要通过对温差发电装置的整体结构与其中的关键部件：温差发电组件、换热器、热管和冷却水箱进行材料选择和结构设计，并对装置进行热、电、结构耦合仿真及优化，最大限度的提高温差发电组件整体的有效输出功率和热电转换效率，实现汽车尾气废热的高效能量回收。

Description

一种汽车尾气废热高效能量回收装置及设计方法

技术领域

本发明涉及汽车排放尾气废热回收技术领域，具体涉及一种汽车尾气废热高效能量回收装置及设计方法。

背景技术

目前，热电效应可分为塞贝克、珀尔帖及汤姆逊效应，温差发电是基于温差发电材料的塞贝克效应，当热电材料两端温度存在差异时，材料的两端会形成电动势并产生电流，实现热能到电能的直接转化。常规的温差发电器热电转换效率不到10％，且在现有的汽车尾气废热能量装置中，一般常采用平板式温差发电装置，如中国专利CN108322095A公开了一种平板式汽车尾气温差发电装置，但是由于车辆的排气管横截面多为圆形且直径相对不大，导致平面块状形式的温差发电片无法直接安装在现有的汽车尾气排气管中。再根据中国专利CN101459396A提供的一种温差发电热管及温差发电装置公开了热管与温差发电结合的技术方案，总体传热量较小。因此提高尾气废热能量回收效率，对提高汽车发动机的燃油经济性、节约能源具有重要的意义。

对于工程应用而言，如何进一步提升汽车尾气能量回收的效率和稳定性仍是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车尾气废热高效能量回收装置及设计方法，以解决上述背景技术中所面临的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种汽车尾气废热高效能量回收装置，采用正六边形筒式结构，包括进气口(1)，换热器(2)，导热铜板(3)，高温温差发电片(4)，低温温差发电片(5)，热管(6)，铜翅片(7)，冷却水箱(8)，进水口(9)，出气口(11)，泡沫玻璃(12)，长螺杆(13)，螺母(14)，出水口(15)；

所述进气口(1)一端与汽车尾气排气管催化转化器相连，所述进气口(1)另一端与换热器(2)顶端相连，所述换热器(2)底端与出气口(11)相连，出气口(11)与汽车的消声器相连，所述换热器(2)外层被冷却水箱(8)包裹；冷却水箱(8)的一端开有进水口(9)，与出气口(11)处于同一端，另一端开有出水口(15)，与进气口(1)处于同一端，通过与车辆上的发动机水冷却装置相连，降低热电发电模块冷端面温度；

所述换热器(2)外层被冷却水箱(8)包裹；所述热管(6)冷凝段伸入冷却水箱(8)中，且热管的冷凝段设有铜翅片(7)，铜翅片(7)位于冷却水箱(8)中；热管(6)的蒸发段伸入换热器(2)内，且热管(6)的蒸发段也设有铜翅片(7)，铜翅片(7)位于换热器内(2)中；

所述多个导热铜板(3)对齐设置，且上下两端以及中间位置分别通过长螺杆(13)相连接，通过与螺母(14)的螺纹配合提供预紧力；相邻两导热铜板(3)之间设有温差发电片：两导热铜板(3)之间靠近换热器(2)的部分设置高温温差发电片(4)，靠近冷却水箱(8)的部分设置低温温差发电片(5)；所述泡沫玻璃(12)紧贴于冷却水箱(8)和导热铜板(3)之间，起到隔热作用。

进一步，考虑到排气管内部最高温度在400℃～500℃，其中高温温差发电片(4)采用工作温度在450℃左右的中温热电材料碲化铅，低温温差发电片(5)采用工作温度在250℃以下的低温热电材料碲化铋。

进一步，换热器与导热铜板(3)底端焊接固定。

进一步，温差发电片和导热铜板(3)之间均匀涂抹高性能界面导热硅脂，以减少热阻。

进一步，所述导热铜板(3)包括完整导热铜板和断开导热铜板两种，最外端的两块导热铜板为完整的，其余均为断开导热铜板，以避免低温温差发电片(5)冷端铜板无法正常散热；断开导热铜板上下端分别设有与热管(6)同一直径的孔，然后将热管(6)的蒸发段和冷凝段分别嵌入导热铜板相邻的换热器(2)和冷却水箱(8)的孔中，另外在热管(6)与导热铜板(3)的接口处进行焊接，以保证结构的密闭性。

进一步，还包括端盖(10)、螺栓(16)；端盖(10)通过螺栓(16)与冷却水箱(8)配合提供预紧力，通过出水口(15)和进水口(9)进行定位，且螺栓(16)沿着冷却水箱(8)的侧边分布。

一种汽车尾气废热高效能量回收装置的设计方法，包括以下步骤：

步骤1)确定汽车尾气废热能量回收装置的具体结构；

步骤2)构建发电性能理论模型，完成温差发电组件的材料选择与参数设计；其中，温差发电组件的材料主要有三种：低温热电材料、中温热电材料、高温热电材料；参数设计中主要包括：温差发电片的数量、发电组件内阻阻值、外接负载阻值、温差发电元件横截面面积与其长度的比值；结合尾气和冷却水箱的温度，构建温差发电组件整体的有效输出功率和转换效率的理论模型，采用数值处理软件确定参数；

步骤3)完成热管(6)的材料与结构设计，强化换热效果；

所述步骤3)中，热管(6)的设计主要包括工质、吸液芯结构、管壳材料的选择及不同热管数量、规格尺寸、排布方式和倾斜角度对换热器(2)热回收效率的影响，并且合理采用铜翅片(7)结构，强化换热作用；

步骤4)根据汽车排气管的横截面积和步骤2)中温差发电组件的设计，完成换热器(2)和冷却水箱(8)的材料选择与结构设计；

步骤5)对装置进行热、电、结构耦合仿真并优化；

步骤6)进行温差发电装置发电性能测试，评估试验结果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)采用横截面为正六边形的筒式结构形式降低了尾气排气系统背压的影响，占用空间小；

(2)冷却水箱通过与车辆上的发动机水冷却装置相连，降低热电发电模块冷端面温度，且冷却水流动方向与换热器中尾气流动方向相反，增加了热电模板冷热端温差，提高能量回收效果；

(3)通过热管与翅片进行传热，可以最大程度地回收汽车高温余热，也使得温差发电装置的位置不再局限于排气管的表面，布置方案更加灵活，从而高效率地回收汽车尾气余热。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是一种汽车尾气废热高效能量回收装置剖视结构示意图；

图2是一种汽车尾气废热高效能量回收装置结构示意图；

图3是一种汽车尾气废热高效能量回收装置设计方法流程图；

图4是温差发电组件的理论输出功率与阻值比及面长比的关系；

图5是温差发电组件的热电转化效率与阻值比及面长比的关系；

图6是换热器速度场分布图；

图7是换热器温度场分布图；

图8是温差电元件横截面边长与热应力及剪切应力的关系；

图9是温差电元件横截面长度与热应力及剪切应力的关系；

附图标记说明：

1-进气口，2-换热器，3-导热铜板，4-高温温差发电片，5-低温温差发电片，6-热管，7-铜翅片，8-冷却水箱，9-进水口，10-端盖，11-出气口，12-泡沫玻璃，13-长螺杆，14-螺母，15-出水口，16-螺栓。

具体实施方式

下面结合附图1-3以及具体实施例对本发明作进一步的说明，需要指出的是，下面仅以一种最优化的技术方案对本发明的技术方案以及设计原理进行详细阐述，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1-3所示，一种汽车尾气废热高效能量回收装置及设计方法，采用正六边形筒式结构，包括进气口1，换热器2，导热铜板3，高温温差发电片4，低温温差发电片5，热管6，铜翅片7，冷却水箱8，进水口9，端盖10，出气口11，泡沫玻璃12，长螺杆13，螺母14，出水口15，螺栓16。

所述多个导热铜板3对齐设置，且上下两端以及中间位置分别通过长螺杆13相连接，通过与螺母14的螺纹配合提供预紧力。相邻两导热铜板3之间设有温差发电片，具体为：两导热铜板3之间靠近换热器2的部分设置高温温差发电片4、靠近冷却水箱8的部分设置低温温差发电片5，且温差发电片和导热铜板3之间均匀涂抹高性能界面导热硅脂，考虑到排气管内部最高温度在400℃～500℃，其中高温温差发电片4采用工作温度在450℃左右的中温热电材料碲化铅，低温温差发电片5采用工作温度在250℃以下的低温热电材料碲化铋；

所述导热铜板3包括完整导热铜板和断开导热铜板两种，最外端的两块导热铜板为完整的，其余均为断开导热铜板，以避免低温温差发电片5冷端铜板无法正常散热。断开导热铜板上下端分别设有与热管6同一直径的孔，然后将热管6的蒸发段和冷凝段分别嵌入导热铜板相邻的换热器2和冷却水箱8的孔中，另外在热管6与导热铜板3的接口处进行焊接，以保证结构的密闭性；

所述热管6冷凝段伸入冷却水箱8中，且热管的冷凝段设有铜翅片7，铜翅片7位于冷却水箱8中；热管6的蒸发段伸入换热器2内，且热管6的蒸发段也设有铜翅片7，铜翅片7位于换热器内2中，换热器与导热铜板3底端焊接固定；

所述进气口1与汽车尾气排气管催化转化器相连，出气口11与汽车的消声器相连。冷却水箱8的一端开有进水口9，与出气口11处于同一端，另一端开有出水口15，与进气口1处于同一端。通过与车辆上的发动机水冷却装置相连，降低热电发电模块冷端面温度；

所述泡沫玻璃12紧贴于冷却水箱8和导热铜板3之间，起到隔热作用。

所述端盖10通过螺栓16与冷却水箱8配合提供预紧力，通过出水口15和进水口9进行定位，且螺栓16沿着冷却水箱8的侧边分布。

本发明公开了一种汽车尾气废热高效能量回收装置及设计方法。基于温差发电技术，将热管技术和导热翅片相结合应用于能量回收装置的冷热源，实现汽车尾气废热高效回收和冷却水快速散热。设计过程中主要通过对温差发电装置的整体结构与其中的关键部件：温差发电组件、换热器、热管和冷却水箱进行材料选择和结构设计，并对装置进行热、电、结构耦合仿真及优化，最大限度的提高温差发电组件整体的有效输出功率和热电转换效率，实现汽车尾气废热的高效能量回收。

其主要设计步骤包括：

步骤1)确定汽车尾气废热能量回收装置的具体结构；

本实施例将整体结构改造成横截面为正六多边形的结构形式，减少尾气流热量的损失，且近乎不会对发动机排气情况造成干扰。换热器内温度梯度的分布更加均匀，造型也相对美观。

步骤2)构建发电性能理论模型，完成温差发电组件的材料选择与参数设计。其中，参数设计主要包括：温差发电片的数量N、发电组件内阻阻值R、外接负载阻值R_L、温差发电元件横截面面积A与其长度h的比值。结合尾气和冷却水箱的温度，构建温差发电组件整体的有效输出功率P和热电转换效率η的理论模型，采用数值处理软件确定参数。

其中，温差发电组件的材料主要有三种：低温热电材料、中温热电材料、高温热电材料；考虑到排气管内部最高温度在400℃～500℃，其中高温温差发电片(4)采用工作温度在450℃左右的中温热电材料碲化铅，低温温差发电片(5)采用工作温度在250℃以下的低温热电材料碲化铋。则热电元件的塞贝克系数、导热效率和电阻率分别为α_p＝2.18×10^-4V/℃，k_p＝1.5W/(m·k)，ρ_p＝1.55×10^-5Ω·m，α_n＝-2.11×10^-4V/℃，k_n＝1.65W/(m·k)，ρ_n＝1.35×10^-5Ω·m。物性参数设定为高温端面的温度值为230℃，低温端温度值为30℃。为了提高温差发电装置的有效输出功率，结合步骤1中确定的装置整体结构，温差发电组件采用N＝42对的温差发电片组成，同时在热量传递梯度方向上应用高低温温差发电片分区布置，实现能量的梯级回收利用。

忽略热损耗、热变形等影响因素，温差发电组件产生的电压U为：

U＝NU_pn＝N(α_p-α_n)(T_h-T_c) (1)

式中，N为温差发电片的对数，U_pn为单个温差发电组产生的电压，α_p为高温温差发电片的塞贝克特性数值，α_n为低温温差发电片的塞贝克特性数值，T_h为高温端的温度，T_c为低温端的温度。

单个温差发电组的热导率k_pn为：

式中，k_p为高温温差发电片的导热率数值，k_n为低温温差发电片的导热率数值，A为温差发电片的横截面积，h为温差发电片的长度。

温差发电组件的内部电阻阻值R为：

式中，R_pn为单个温差发电组的电阻阻值，ρ_p为高温温差发电片的电阻率，ρ_N为低温温差发电片的电阻率。

则温差发电组件的输出功率P为：

式中，N为温差发电片的对数，α_p为高温温差发电片的塞贝克特性数值，α_n为低温温差发电片的塞贝克特性数值，T_h为高温端的温度，T_c为低温端的温度，R为温差发电组件的内部电阻阻值，R_L为外接负载的阻值。

由式(4)可以看出，当温差发电组件内电阻阻值R与外接负载电阻阻值R_L相等时，其理论输出功率取得最大值。

单个温差发电组产生的电流I_pn为：

在单位时间内，温差发电组件从热源吸收的热量Q为：

则装置的热电转化效率η为：

式中，Q为单位时间内温差发电组件从热源吸收的热量，k_pn为单个温差发电组的热导率，I_pn为单个温差发电组产生的电流，R_pn为单个温差发电组的电阻阻值。

在MATLAB中，运行计算程序得出温差发电组件输出功率与内外阻值比以及面长比的关系如图4、5所示：

由图4、5可知，当温差发电组件输出功率与转化效率分别取得极大值时，热电发电组件的阻值比和面长比的取值不同。由于汽车尾气近乎无偿使用，所以在温差发电组件的设计中应该保证其工作位于较大输出功率的状态下，尽量提高其转换效率。本实施例在发电组件的设计过程中，内外阻值比取1，温差发电组件的理论输出功率随着面长比的不断变大而相应的变大，而热电转换效率随面长比的不断变大而极缓慢的变小。所以在本实施例中通过增大热电元件面长比来更好的增大温差发电组件模块的理论输出功率数值，面长比取值为0.2。

步骤3)完成热管的材料与结构设计，强化换热效果；

所述步骤3)中，热管的设计主要包括工质、吸液芯结构、管壳材料的选择及不同热管数量、规格尺寸、排布方式和倾斜角度对换热器热回收效率的影响，并且合理采用翅片结构，强化换热作用。

工质遵循的原则：工质的温度特性与热管工作温度区相适应；不与管壳、吸液芯发生反应；具有良好的物理性质如密度。综上考虑，本实施例选用水作为设计热管的工质可满足工作需求，且经济环保性优越。吸液芯需要提供足够多的毛细压力达到最优换热效果，且对工作液体的回流有阻碍作用，本实施例选用丝网吸液芯结构。管壳材料不能与工质发生反应，且在工作温度范围内满足强度要求，于是选择碳钢作为热管的管壳材料。

热管的设计计算分为以下几步完成：

(1)管径设计

其中，d_v为蒸汽通道内径，Q_max为最大轴向热流量，ρ_v为蒸汽密度，h_fg为汽化潜热，r_v为蒸汽比热容比，R_v为蒸汽的气体常数，T_v为蒸汽温度。实际设计中热管管径应大于该值。

(2)管壳设计

管壳的设计主要从强度要求考虑，管壁厚度的计算公式为：

其中，S为管壁厚度，p为设计压力，d_i为热管内径，[σ]为材料在工作温度下的许用应力，φ为焊缝系数，其值与焊接方式有关，一般取0.75～1.0。

管壳的最大允许工作压力核算公式为：

其中[p]为最大允许工作压力，其值大于工质蒸汽的饱和压力。

(3)端盖设计

式中，t为端盖厚度。

吸液芯设计步骤如下：

(1)计算工质的总静压力：

p_g＝p₁g(d_vcosθ+l sinθ) (12)

p_g是工质的总静压力，ρ₁为液体的密度，l为蒸汽通道的长度，θ为热管倾斜角度。

(2)为确保工质循环有足够的动力，使吸液芯最大毛细压力p_c为工质总静压力p_g的2倍，吸液芯的有效毛细半径为：

其中，σ为液体表面张力。

(3)根据丝网吸液芯的有效毛细半径计算公式

求得丝网数目为：

其中，d为丝直径，W为丝网间距。

根据碳钢管的标准规格，选用直径32mm，壁厚为2.5mm的管材，设计热管长度70cm，蒸发段和冷凝段的长度各为35cm。根据步骤2)计算结果，理论上可从汽车尾气中回收最大热量为5.5kW，根据温差发电片数量，采用其两倍数量的热管同时工作。

取热管的工作温度为230℃，该温度下碳钢的许用应力[σ]为94MPa，水的饱和蒸汽压力为3.98MPa，汽化潜热h_fg为1715kJ/kg，液体密度ρ₁为799kg/m³，液体动力粘度μ₁为1.06×10^-4Pa·s，蒸汽动力μ_v为1.75×10^-5Pa·s，液体导热率λ₁为0.62W/(m·℃)，液体表面张力σ为0.026N/m。利用式(10)进行管材许用压力校核，得[p]＝15.93MPa＞3.98MPa，故在设计温度条件下，热管是安全的。取焊缝系数φ为0.8，利用式(11)计算出端盖厚度为7.35mm，满足焊接加工要求，取端盖厚度为8mm。利用式(8)计算出声速极限时热管管径为3.13×10^{- 4}m，该值远小于设计管径，因此不会出现声速传热极限。采取热管水平放置，由式(12)～式(14)计算得出，吸液芯所克服的液柱静压头p_g＝211N/m²，有效毛细半径r_c＝1.23×10^-4m，丝网目数N＝4065m^-1，由此选用标准120目丝网，对应有效细半径r_c为1.058×10^-4m，丝网层数为12层。

对以上热管结构设计参数进行换热极限核算，热管的设计均符合使用要求。气室为热流侧，冷却水箱为冷流侧。热管与气室、水箱的连接先采用密封圈进行密封和固定，以方便调节蒸发段和冷凝段长度。并在热管外部采用环形翅片结构，从而增大与汽车尾气的换热面积，起到强化换热的作用。热管采用顺序排列，流体所受阻力较小，且对热管外表面污垢的清理比较方便。

步骤4)根据汽车排气管的横截面积和步骤2)中温差发电组件的设计，完成换热器和冷却水箱的材料选择与结构设计；

本实施例根据步骤1)，换热器采用的横截面为正六边形的结构，且与冷却水箱的材质均采用不锈钢。为减小接触热阻，在温差发电片和导热铜板之间均匀涂抹高性能界面导热硅脂。通过建立不同内部结构的换热器网格模型，导入CFD仿真模拟软件进行尾气流速度场和温度场分析。

结果如图6、7显示，采用“逆鱼骨形”换热器内部扰流板的导热能力最好，内部整体温度分布较为平均，适合发电组件模块的布置。根据换热器的结构，冷却水箱横截面也采用正六边形。在其一端开有进水口，与出气口处于同一端，另一端开有出水口，与进气口处于同一端。并与车辆上的发动机水冷却装置相连，提高热电发电模块冷端面的冷却效果。

步骤5)对装置进行热、电、结构耦合仿真并优化；

本实施例探究温差发电元件横截面边长和长度对热应力及剪切应力的关系。

如图8所示，温差电元件长度固定的情况下(定义温差发电元件长度为2.5mm)，热电元件横截面边长改变时，热应力极大值和XZ向剪切应力不断提高。由于温差发电元件的制备方法多采用热压法制备，而热压法制备的碲化铋半导体材料的温差电元件剪切应力极限为22MPa，热应力强度极限约为120MPa，所以热电元件横截面边长的选择要考虑其对应的温差电元件剪切应力和温差单电偶的热应力的最大值要低于其强度极限。

如图9所示，在温差发电元件横截面的边长固定的情况下(定义其边长为0.4mm)，热电元件长度改变时，热应力极大值和XZ向剪切应力不断降低。由此可见，温差发电元件长度越短，产生的热效应和剪切应力越大，而由前面的研究可知，温差电元件的长度越短，理论输出功率越大，所以在选择温差发电元件长度时，应根据实际所需综合考虑。

综合研究分析，设计了一种新型结构尺寸的温差发电元件。其中温差发电元件的长度为2.4mm，横截面边长为0.4mm。

步骤6)进行温差发电装置发电性能测试，评估试验结果。

由计算可得，该装置的最大理论输出功率P为533W，热电转化效率η为10.02％。相较于日本研究的装置最大输出功率为59W，热电转化效率为5.6％，以及Soonseo Park研究的装置最大输出功率为28.5W，热电转换效率为3.2％，本装置能量回收效果较好。

在体积相同的条件下，不同结构的温差发电装置性能指标结果为：

综上，本发明公开了一种汽车尾气废热高效能量回收装置及设计方法。基于温差发电技术，将热管技术和导热翅片相结合应用于能量回收装置的冷热源，实现汽车尾气废热高效回收和冷却水快速散热。设计过程中主要通过对温差发电装置的整体结构与其中的关键部件：温差发电组件、换热器、热管和冷却水箱进行材料选择和结构设计，并对装置进行热、电、结构耦合仿真及优化，最大限度的提高温差发电组件整体的有效输出功率和热电转换效率，实现汽车尾气废热的高效能量回收。

所述实施为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种汽车尾气废热高效能量回收装置，其特征在于，采用正六边形筒式结构，包括进气口(1)，换热器(2)，导热铜板(3)，高温温差发电片(4)，低温温差发电片(5)，热管(6)，铜翅片(7)，冷却水箱(8)，进水口(9)，出气口(11)，泡沫玻璃(12)，长螺杆(13)，螺母(14)，出水口(15)；

所述进气口(1)一端与汽车尾气排气管催化转化器相连，所述进气口(1)另一端与换热器(2)顶端相连，所述换热器(2)底端与出气口(11)相连，出气口(11)与汽车的消声器相连，所述换热器(2)外层被冷却水箱(8)包裹；冷却水箱(8)的一端开有进水口(9)，与出气口(11)处于同一端，另一端开有出水口(15)，与进气口(1)处于同一端，通过与车辆上的发动机水冷却装置相连，降低热电发电模块冷端面温度；

所述热管(6)冷凝段伸入冷却水箱(8)中，且热管的冷凝段设有铜翅片(7)，铜翅片(7)位于冷却水箱(8)中；热管(6)的蒸发段伸入换热器(2)内，且热管(6)的蒸发段也设有铜翅片(7)，铜翅片(7)位于换热器内(2)中；

所述多个导热铜板(3)对齐设置，且上下两端以及中间位置分别通过长螺杆(13)相连接，通过与螺母(14)的螺纹配合提供预紧力；相邻两导热铜板(3)之间设有温差发电片：两导热铜板(3)之间靠近换热器(2)的部分设置高温温差发电片(4)，靠近冷却水箱(8)的部分设置低温温差发电片(5)；所述泡沫玻璃(12)紧贴于冷却水箱(8)和导热铜板(3)之间，起到隔热作用。

2.根据权利要求1所述的一种汽车尾气废热高效能量回收装置，其特征在于，考虑到排气管内部最高温度在400℃～500℃，其中高温温差发电片(4)采用工作温度在450℃左右的中温热电材料碲化铅，低温温差发电片(5)采用工作温度在250℃以下的低温热电材料碲化铋。

3.根据权利要求1所述的一种汽车尾气废热高效能量回收装置，其特征在于，换热器与导热铜板(3)底端焊接固定。

4.根据权利要求1所述的一种汽车尾气废热高效能量回收装置，其特征在于，温差发电片和导热铜板(3)之间均匀涂抹高性能界面导热硅脂，以减少热阻。

5.根据权利要求1所述的一种汽车尾气废热高效能量回收装置，其特征在于，所述导热铜板(3)包括完整导热铜板和断开导热铜板两种，最外端的两块导热铜板为完整的，其余均为断开导热铜板，以避免低温温差发电片(5)冷端铜板无法正常散热；断开导热铜板上下端分别设有与热管(6)同一直径的孔，然后将热管(6)的蒸发段和冷凝段分别嵌入导热铜板相邻的换热器(2)和冷却水箱(8)的孔中，另外在热管(6)与导热铜板(3)的接口处进行焊接，以保证结构的密闭性。

6.根据权利要求1所述的一种汽车尾气废热高效能量回收装置，其特征在于，还包括端盖(10)、螺栓(16)；端盖(10)通过螺栓(16)与冷却水箱(8)配合提供预紧力，通过出水口(15)和进水口(9)进行定位，且螺栓(16)沿着冷却水箱(8)的侧边分布。

7.根据权利要求1所述的一种汽车尾气废热高效能量回收装置的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)确定汽车尾气废热能量回收装置的具体结构；

步骤2)构建发电性能理论模型，完成温差发电组件的材料选择与参数设计；其中，温差发电组件的材料主要有三种：低温热电材料、中温热电材料、高温热电材料；参数设计中主要包括：温差发电片的数量、发电组件内阻阻值、外接负载阻值、温差发电元件横截面面积与其长度的比值；结合尾气和冷却水箱的温度，构建温差发电组件整体的有效输出功率和转换效率的理论模型，采用数值处理软件确定参数；

步骤3)完成热管(6)的材料与结构设计，强化换热效果；

所述步骤3)中，热管(6)的设计主要包括工质、吸液芯结构、管壳材料的选择及不同热管数量、规格尺寸、排布方式和倾斜角度对换热器(2)热回收效率的影响，并且合理采用铜翅片(7)结构，强化换热作用；

步骤4)根据汽车排气管的横截面积和步骤2)中温差发电组件的设计，完成换热器(2)和冷却水箱(8)的材料选择与结构设计；

步骤5)对装置进行热、电、结构耦合仿真并优化；

步骤6)进行温差发电装置发电性能测试，评估试验结果。

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