CN204539007U - 汽车尾气余热均衡散热与聚合气流螺旋遇冷温差发电装置 - Google Patents
汽车尾气余热均衡散热与聚合气流螺旋遇冷温差发电装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型属于汽车设备的设计与制造技术领域，特别是涉及汽车尾气余热均衡散热与聚合气流螺旋遇冷温差发电装置，包括汽车尾气排气内管，所述的排气内管分为三段，分别为连接段、直管段以及尾段，其中连接段与直管段前端以及直管段的尾端与尾段连接处呈弧形连接；所述的排气内管横截面呈外切的边数大于6的内圆管；排气内管外壁上依次设置着至少一层陶瓷纤维纸、均匀涂布的导热硅胶层以及均布粘接着的温差发电元器件；在排气内管外部设置着呈流线型的螺旋风管。本装置结构合理、性能优异、余热温差发电效果较明显。
Description
技术领域
本实用新型属于汽车设备的设计与制造技术领域，特别是涉及汽车尾气余热均衡散热与聚合气流螺旋遇冷温差发电装置。
背景技术
目前，国内外对汽车尾气余热利用和研究主要有以下几个方面的问题需要解决：1、发电率低问题：包括温差发电模块本身发电率低和温差发电装置整体效率低两个方面，前者主要是由于温差发电材料不理想所致，需要从热电材料方面突破。后者，其主要原因在于温差发电装置结构优化改进，模块参数匹配及装置与发动机参数匹配优化提高；2、可靠性问题。发动机在正常工作中，会产生较大的震动，这些震动会传递于排气管系统中，从而影响温差发电器件与排气管道间粘贴性能，可能会导致温差发电器件脱落。高频率震动，可能破坏热电材料内部晶体结构，影响温差发电模块性能；3、冷端散热问题。由于温差发电模块本身具有导热性，遇冷效果对温差发电模块以共享较大。目前研究中的散热方式主要有风冷和水冷两种，水冷需要接入循环水冷系统，导致装置结构复杂，维护成本较高，风冷结构简单，遇冷效果较差，需要在结构设计中优化、改进。
发明内容
本实用新型的目的：目前市场汽车供电设备大多依然依赖于发电机，发电机消耗发动机动能，从而间接增加汽车油耗。而针对汽车尾气余热温差发电，水冷需要接入循环水冷系统，其装置结构复杂，维护成本较高，水冷循环运作稳定性较差，风冷结构简单，遇冷效果较差情况，本申请设计研制了一套汽车尾气余热风冷发电装置，解决了风冷效果较差问题，该装置能高效利用汽车尾气余热，将其转换为可稳定回收，再利用的电能，可以替换部分车辆发电机的使用，可间接减少油耗。
本实用新型的技术方案如下：汽车尾气余热均衡散热与聚合气流螺旋遇冷温差发电装置，包括汽车尾气排气内管，所述的排气内管分为三段，分别为连接段、直管段以及尾段，其中连接段与直管段前端以及直管段的尾端与尾段连接处呈弧形连接；所述的排气内管横截面呈外切的边数大于6的等边内圆管；排气内管外壁上依次设置着至少一层陶瓷纤维纸、均匀涂布的导热硅胶层以及均布粘接着的温差发电元器件；在排气内管外部设置着呈流线型的螺旋风管。
本实用新型的有益效果：本装置结构合理、性能优异、余热温差发电效果较明显，汽车发动机动力输出占燃油燃烧总热量的25%～42%，其余的部分能量，以废热形式从冷却水和尾气等排出。汽车安装改进设计装置后，将提高汽车燃油有效利用率5.1个百分点。
创新点：1、排气管道内高温气流温度梯度大（60～800°C），温差发电器件的容许高温侧温度270°C，因此，适宜安装温差发电器件管道长度有限，通过设计组装三种金属管材（内管），通过包裹不定层数隔热材料(陶瓷纤维纸)，改变排气管内壁热量条件至均匀散热，促使温度恒定180～270°C。依据不同类型汽车的用电需求，可适度改变汽车排气管道内径，或适宜加长管道长度，改变排气管道结构，可安装较多的温差发电器件；2、汽车行驶时，当空气流速恒定，通过设计流线型螺旋风管管道外壳，套装内管道,聚合气流，加快内管壁粘贴温差发电器件外侧空气流速,提高遇冷效果，增大温差发电器件两侧产生温差，提高温差发电器件总发电功率；3、通过汽车排气管内管与螺旋风管间气流交换装置结构设计，可分部定段安装多个换气装置，排出前段双管道间高速气流遇冷后，较热的热气流聚合外界冷空气，冲进后段双管道间，如此交替安装达到较长双管道间，冷热气流交换的目的，达到温差发电器件外侧较好的遇冷效果。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
图1是本实用新型的主视结构示意图；
图2为本实用新型A-A剖视图；
图3为排气内管连接段竖直处与“V”型集风板的关系示意图；
图4为排气内管尾段竖直处与半“V”型集风板的关系示意图；
图5为中圆台集风管的示意图；
图6为螺栓风管的示意图。
具体实施方式
实施例1、汽车尾气余热均衡散热与聚合气流螺旋遇冷温差发电装置，如图1、2、3、4、5及6所示，包括汽车尾气排气内管1，所述的排气内管1分为三段，分别为连接段、直管段以及尾段，其中连接段与直管段前端以及直管段的尾端与尾段连接处呈弧形连接；所述的排气内管1横截面呈外切的边数大于6的偶数等边内圆管；排气内管1外壁上依次设置着至少一层陶瓷纤维纸2、均匀涂布的导热硅胶层3以及均布粘接着的温差发电元器件5；在排气内管1外部设置着呈流线型的螺旋风管4。所述的排气内管1的连接段为保温性能优良的金属管材制成；直管段为导热性能与连接段相同或低于连接段导热性能的金属管材制成；尾段为导热性能优良的金属管材制成。所述的陶瓷纤维纸2、导热硅胶3及温差发电元器件5均为市售的产品。所述的螺旋风管4由高纤维塑料或不锈钢金属材料制成；所述的螺旋风管4上的螺纹间距为等梯度增加。在所述的连接段竖直处设置着“V”形集风面板6；在所述的尾段竖直处设置着呈半“V”形集风面板10。在所述的连接段的弧形段以及尾段的弧形段上设置着前圆台形集风管7；所述前圆台形集风管7前口的内径与后口内径比为1:1.5～1:3。在所述的螺旋风管外设置着中圆台形集风管8、9，所述中圆台形集风管8、9前口的内径与后口内径比为1:2～1:4。所述的中圆台形集风管8、9前口为缺口环状。所述的排气内管1的边数为6或8或10或12。
实际生产中，技术关键：1、多个温差发器件并联组装电路模块；2、改变排气管双壁间距，“S”型流线外管曲径、曲度，对空气流速对温差大小模拟测试；3、排气管颠覆过程中，双壁间固定组装的稳定，及温差发电器件固定排气管内壁的稳定。
技术特点和优势：1、解决了汽车尾气余热回收困难、余热回收利用率不高、回收利用造成其他能源消耗的特点；2、改进汽车排气管的形状设计，增加汽车排气管道散热装置的表面积，安装较多的温差发电器件组（串联温差发电器件）；3、通过三种金属材料对汽车排气管（内管）设计组装，使排气管内壁热量均匀，满足温差发电片的高温侧恒温，且不超过温差发电器件极限温度（270℃）；4、当汽车高速行驶时，汽车排气管内通过大量的尾气热气流，通过排气管内壁，将热量传递给温差发电片内侧，改装排气管道设计后，空气加速旋转，较好的遇冷温差发电片外侧，提高温差发电片两侧产生温差，提高温差发电片的发电量；5、排气管道外壁设计装置管道外壁体积小、质量轻、效率高、且具有抗震性,以适应汽车行驶环境的需要；6、排气管道外壁设计装置管道内壁,在不增加排放背压,即对发动机的工作特性不产生明显的影响；7、设计新型汽车排气管道双壳，做出不同流线型的排气管外壳（依据排气管内壳），美化设计部位结构，减小空气阻力。
Claims (7)
1.汽车尾气余热均衡散热与聚合气流螺旋遇冷温差发电装置，包括汽车尾气排气内管，其特征在于：所述的排气内管分为三段，分别为连接段、直管段以及尾段，其中连接段与直管段前端以及直管段的尾端与尾段连接处呈弧形连接；所述的排气内管横截面呈外切的边数大于6的等边内圆管；排气内管外壁上依次设置着至少一层陶瓷纤维纸、均匀涂布的导热硅胶层以及均布粘接着的温差发电元器件；在排气内管外部设置着呈流线型的螺旋风管。
2.根据权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于：所述的螺旋风管由高纤维塑料或不锈钢金属材料制成；所述的螺旋风管上的螺纹间距为等梯度增加。
3.根据权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于：在所述的连接段竖直处设置着“V”形集风面板；在所述的尾段竖直处设置着呈半“V”形集风面板。
4. 根据权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于：在所述的连接段的弧形段以及尾段的弧形段上设置着前圆台形集风管；所述前圆台形集风管前口的内径与后口内径比为1:1.5～1:3。
5.根据权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于：在所述的螺旋风管外设置着中圆台形集风管，所述中圆台形集风管前口的内径与后口内径比为1:2～1:4。
6.根据权利要求5所述的温差发电装置，其特征在于：所述的中圆台形集风管前口为缺口环状。
7.根据权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于：所述的排气内管的边数为6或8或10或12。
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