CN205243600U - 用于废热热电发电系统的换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于废热热电发电系统的换热器，包括：换热器腔体；设于所述换热器腔体内部的用于控制废热气流方向的多个翅片；分别设于所述换热器腔体前后两端的用于连接废热气流通道与所述换热器腔体的连接构件。本实用新型具有余热利用效率高、结构简单、安装方便、可靠性好、发电效率高、使用寿命长等特点。

Description

用于废热热电发电系统的换热器

技术领域

本实用新型属于汽车节能减排技术领域，尤其属于基于半导体温差发电的技术领域，具体地，涉及一种用于废热热电发电系统的换热器。

背景技术

随着经济快速持续增长和人民的生活水平的提高，中国已经成为汽车产销大国，2012年我国汽车销量达到1900万辆，汽车保有量达1.2亿辆。其中私人汽车在未来20年将持续增长；汽车工业已经成为我国国民经济的支柱产业之一。

目前汽车行驶过程中，内燃机燃油过程中只有30%用于汽车动力输出，其中约有40%的热量通过发动机排气管以废热形式散失到大气中去。若能有效的利用尾气中的余热进行发电提供汽车再利用，则能提高汽车的燃油效率，进而提高经济效益。

现在的汽车电子化趋势明显，而车载电子设备均由发动机带动发电机提供电能，如能利用余热发电取代部分或者全部车载电子设备的供电，则减少了发电机的负载，从而节约了燃油。

在现有的有关汽车尾气发电装置的专利中：例如公开号为CN200997576的专利文献1中公开了利用汽车排气温度的温差发电装置，该温差发电装置在排气管的外壁上设半导体材料，但是其热电材料为弧形，生产安装要求高，稳定性不好，且热电材料的低温面散热性能不佳。

此外，在公开号为CN101436838的专利文献2中提供了一种车辆排气管外壳采用平面结构的温差发电装置，避免使用弧形温差发电片，但是该装置中排气管外壳采用整体结构，无法实现与排气管的紧密接触，增加了热阻，进而影响热电片的高温面的温度；另外，该装置中排气管内部无导流翅片，导致尾气中热量只有少量通过热辐射传递，传热效率有限。

实用新型内容

鉴于以上所述，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种用于废热热电发电系统的换热器，其是利用汽车排气管余热进行热交换发电的装置，具有余热利用效率高、结构简单、安装方便、可靠性好、发电效率高、使用寿命长等特点。

为了解决上述技术问题，本实用新型的用于废热热电发电系统的换热器，包括：换热器腔体；设于所述换热器腔体内部的用于控制废热气流方向的多个翅片；分别设于所述换热器腔体前后两端的用于连接废热气流通道与所述换热器腔体的连接构件。

根据本实用新型，通过该连接构件可以有效地使废热气流从废热气流通道流入换热器腔体后再流出至废热气流通道。且通过设于换热器腔体内部的用于控制废热气流方向的多个翅片，可以使废热气流与翅片产生摩擦，将废热气流中的热量传递到换热器。

另外，多个翅片也增加了废热气流与换热器主体接触的面积，使废热气流中的热量最大化地传递到换热器主体，能够提高热电发电模块高温端的温度，从而提高热电发电模块的发电功率，进而提高废热热电发电系统的发电功率，使废热的利用率提高。

由此，也可有效实现换热器腔体前段和后段的表面温度一致性，使得热电发电模块输出功率具有一致性，降低了系统内耗，使系统总功率有效增加，也为后续电源管理提供便利性。且该多个翅片也可以使对废热气流的阻力达到平衡，对前段产生废热气流的设备不造成干涉。

又，在本实用新型中，也可以是，所述连接构件包括与所述废热气流通道相连的圆形法兰转接件、与所述换热器腔体相连的方形法兰转接件、以及连接于所述圆形法兰转接件和方形法兰转接件之间的过渡件。

根据本实用新型，设置上述圆形法兰转接件和方形法兰转接件以及过渡件可以实现汽车排气管与方形换热器紧凑连接，增加换热面积。

又，在本实用新型中，也可以是，还包括设于所述换热器腔体外表面上的多个热电器件以及与各热电器件对应的冷却单元。

根据本实用新型，通过设于换热器腔体外表面上的多个热电器件以及与各热电器件对应的冷却单元，可以有效构成该换热器的热电发电模块。

在本实用新型中，包括设于所述换热器腔体外表面上的用于固定各热电器件的定位构件。

根据本实用新型，通过该定位构件可以有效地将各热电器件固定于换热器腔体外表面，而使各热电器件相对于换热器表面无位移，提高了热电发电模块的使用寿命；另外也使整个系统安装完毕后，提高系统的抗震动性和可靠性。

又，在本实用新型中，也可以是，所述定位构件与所述多个翅片是由具有高导热率的铝、铝合金、铜、或铜合金铸造或者压铸成型的构件。

根据本实用新型，定位构件与多个翅片由高导热率材料铸造或者压铸成型可以减少整个换热器的热阻。

又，在本实用新型中，也可以是，所述连接构件是由冲压成型的所述过渡件与所述圆形法兰转接件和方形法兰转接件焊接成整体而构成的构件。

根据本实用新型，由冲压成型的过渡件与圆形法兰转接件和方形法兰转接件焊接成整体而构成上述连接构件，可以实现汽车排气管与方形换热器紧凑连接，增加换热面积。

又，在本实用新型中，也可以是，所述多个翅片在与所述废热气流方向垂直的方向上延伸，且所述多个翅片具有不同的长度及高度。

根据本实用新型，多个翅片在与废热气流方向垂直的方向上延伸，且具有不同的长度及高度，从而可增加换热面积，尽可能多的将热量从废气中交换出来。

又，在本实用新型中，也可以是，所述多个翅片中的长度长的长翅片沿所述换热器腔体内部的废热气流流动的方向交错排列，且所述长翅片之间隔有一热电器件。

根据本实用新型，长翅片沿换热器腔体内部的废热气流流动的方向交错排列，且长翅片之间隔有一热电器件，从而可增长废热流经的途径，更多的热量通过换热器传导至热电器件。

又，在本实用新型中，也可以是，所述长翅片的长度为150-250mm，约占所述换热器腔体的宽度的3/4，所述长翅片的高度为所述换热器腔体内部空间的高度，所述长翅片的厚度为1.5-3mm。优选地，该长翅片的高度约为30-40mm。

根据本实用新型，长翅片的上述尺寸设置可增长废热流经的途径。

又，在本实用新型中，也可以是，所述每两个长翅片之间与所述废热气流方向垂直的方向上设有两组长度短的短翅片，且每组短翅片的长度为80-130mm，约占所述换热器腔体的宽度的2/5，所述短翅片的高度为2-3mm，所述短翅片的厚度为1.5-2mm，且各所述短翅片之间的间隔为3-4mm。

根据本实用新型，短翅片的上述数量、尺寸设置可大大增加换热面积。

本实用新型可包含权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两个结构的任意组合。尤其是，本实用新型包含权利要求书的各项权利要求的两个以上的任意组合。

附图说明

图1为根据本实用新型的用于废热热电发电系统的换热器的一实施形态的结构示意图；

图2为图1所示的换热器的换热器腔体的内部结构的下半部分的结构示意图；

图3为图2所示的内部结构的下半部分的俯视图；

图4为图2所示的内部结构的下半部分的剖视图；

图5为图1所示的换热器的详细结构示意图；

图6为图5所示的换热器的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施形态详细说明本实用新型的用于废热热电发电系统的换热器，包括其构成、原理、工作过程等。本实用新型的用于废热热电发电系统的换热器是一种基于半导体温差发电技术的节能减排装置，尤其可以是将汽车排气管废热转换为电能供汽车再利用的汽车排气管温差发电节能装置中的核心机构。

图1为根据本实用新型的用于废热热电发电系统的换热器的一实施形态的结构示意图；图2为图1所示的换热器的换热器腔体的内部结构的下半部分的结构示意图；图3为图2所示的内部结构的下半部分的俯视图；图4为图2所示的内部结构的下半部分的剖视图。

如图1至图4所示，本实用新型的用于废热热电发电系统的换热器，包括：换热器腔体6；设于该换热器腔体6的内部的用于控制废热气流方向的多个翅片63；以及分别设于该换热器腔体6的前后两端的用于连接废热气流通道（图示省略）与换热器腔体6的连接构件。

通过该连接构件可以有效地使废热气流从废热气流通道流入换热器腔体6后再流出至废热气流通道。具体地，如图1所示，该连接构件包括与废热气流通道相连的圆形法兰转接件1、与换热器腔体6相连的方形法兰转接件3、以及连接于圆形法兰转接件1和方形法兰转接件3之间的过渡件2。在本实施形态中，该过渡件2可以是不锈钢材料冲压成型的过渡坡口。

在本实用新型中，该连接构件可以是由冲压成型的过渡件2与圆形法兰转接件1和方形法兰转接件3焊接成整体而构成的构件。

且在如图5所示的换热器的详细结构示意图中，在换热器腔体6的前后两端的连接构件分别包括与前端的废热气流通道相连的前端圆形法兰转接件11和与后端的废热气流通道相连的后端圆形法兰转接件12、与换热器腔体6的前端相连的前端方形法兰转接件31、32和与换热器腔体6的后端相连的后端方形法兰转接件33、34、以及连接于前端圆形法兰转接件11和前端方形法兰转接件31之间的前端过渡件21、连接于后端圆形法兰转接件12和后端方形法兰转接件34之间的后端过渡件22。

且还如图1至图4所示，上述换热器腔体6由上下两个换热器主体61、62相对组合而成。图2至图4示出了换热器腔体6的内部结构的下半部分的示意图，即示出了下换热器主体62。如图2至图4所示，在该下换热器主体62的上表面上设有上述多个翅片63。且在该下换热器主体62的上表面上还设有多个热电器件，即本实施形态中所示的热电片5。

热电片的数量决定了系统发电量。各个热电片可通过串联或者并联等方式连成电路。在各个热电片中间的空隙填充隔热保温材料，使高温热量不易传递，提高换热效率，增加发电功率。

在沿废热气流流动方向上热电片5的数量可以为3-7组，在每组热电片5在垂直于废热气流流动方向的方向上的数量可以为2-4片。在本实用新型中，为了实现柔性安装，在热电片5的上下表面上可垫有0.4mm石墨碳纸。

上换热器主体61的结构与下换热器主体62大致相同，只是上下方向相反。通过将上下换热器主体61、62叠合在一起而构成了上述换热器腔体6，且该换热器腔体6内的上下表面热分布均匀，提高热电发电系统的发电效率。

由此，参照图5，废热气流从前端的废热气流通道经前端圆形法兰转接件11、前端过渡件21、前端方形法兰转接件31、32，流入由上下换热器主体61、62构成的换热器腔体6，随后再经后端方形法兰转接件33、34，后端过渡件22、后端圆形法兰转接件12，流出至后端的废热气流通道。在该过程中，在废热气流流经换热器腔体6内时进行热电发电。

还参照图5所示，在本实用新型的换热器中还包括与设于换热器腔体6的内部的多个热电器件（即上述热电片5）相连的冷却单元4。如图5和图6所示，该冷却单元4包括分别设于换热器腔体6的外部的上下方的上下冷却单元41、42。该冷却单元41、42可以是设有进水口、出水口和水冷腔体的水冷式冷却单元。该冷却单元4可以和与其相对应的热电片5一起构成热电发电模块。

且还如图5和图6所示，上述上水冷单元41，热电片5，上下换热器主体61、62，下水冷单元42通过紧固装置紧固，该紧固装置例如可以是螺母71和螺杆72，通过该紧固设置可以使热电发电模块两侧的压力保持在5MPa左右，由汽车尾气产生的废热气流通过换热器的高温端和作为低温端的水冷单元而产生的温差生成电能。

又，在本实用新型的换热器中还包括设于换热器腔体6的外表面上的用于固定各热电器件的定位构件8。该定位构件8可以是矩形、方形或者是圆形的构件。优选地，定位构件8是腔体的外表面的一个凸起，可以是矩形、方形或者是圆形。通过该定位构件8可以有效地将各热电器件固定于换热器腔体6的外表面，而使各热电器件相对于换热器表面无位移，提高了热电发电模块的使用寿命；另外也使整个系统安装完毕后，提高系统的抗震动性和可靠性。

在本实用新型中，上述定位构件8与多个翅片63均可以是由高导热率材料铸造或者压铸成型的构件。该高导热率材料例如可以是铝、铝合金、铜以及铜合金等。定位构件8与多个翅片63由高导热率材料铸造或者压铸成型，从而可减少整个换热器的热阻。

以下对本实用新型的换热器腔体6的内部所设置的用于控制废热气流方向的多个翅片63进行详细说明。

通过设于换热器腔体6内部的用于控制废热气流方向的多个翅片63，可以使废热气流与翅片63产生摩擦，将废热气流中的热量传递到两个换热器主体61、62。另外，多个翅片63也增加了废热气流与换热器主体61、62接触的面积，使废热气流中的热量最大化地传递到换热器主体61、62，能够提高热电发电模块高温端的温度，从而提高热电发电模块的发电功率，进而提高废热热电发电系统的发电功率，使废热的利用率提高。

由此，也可有效实现换热器腔体6的前段和后段的表面温度一致性，而且不降低汽车尾气的压力，使得热电发电模块输出功率具有一致性，降低了系统内耗，使系统总功率有效增加，也为后续电源管理提供便利性。且该多个翅片63也可以使对废热气流的阻力达到平衡，对前段产生废热气流的设备不造成干涉。

在本实用新型中，多个翅片63可以在与废热气流方向垂直的方向上延伸，且该多个翅片63可具有不同的长度及高度。

此外，在本实施形态中，多个翅片63中的长度长的长翅片沿换热器腔体6的内部的废热气流流动的方向交错排列，且该长翅片63之间隔有一热电片5。

且，该长翅片的长度可以占换热器腔体6的宽度的3/4，该长翅片的高度可以为换热器腔体6的内部空间的高度，该长翅片的厚度可以为1.5-3mm。

另外，在本实施形态中，多个翅片63中的长度短的短翅片在与废热气流方向垂直的方向上设有两组，且每组短翅片占换热器腔体6的宽度的2/5，该短翅片的高度可以为2-3mm，该短翅片的厚度可以为1.5-2mm，且各短翅片之间的间隔可以为3-4mm。

本实用新型的用于废热热电发电系统的换热器，属于内燃机动力设备节能减排装置，特别是一种采用半导体温差发电对内燃机排气管废弃热能循环再利用的节能装置。在汽车三元催化氧化器与一级消声器之间的尾气温度在300℃左右，适合于碲化铋基热电器件的高温面温度使用范围。且本实用新型的换热器在实际实用过程中消声效果良好，可以取代尾气管中的消声器，直接通过法兰和三元催化氧化器连接。

在不脱离本实用新型的基本特征的宗旨下，本实用新型可体现为多种形式，因此本实用新型中的实施形态是用于说明而非限制，由于本实用新型的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种用于废热热电发电系统的换热器，其特征在于，包括：

换热器腔体；

设于所述换热器腔体内部的用于控制废热气流方向的多个翅片；

分别设于所述换热器腔体前后两端的用于连接废热气流通道与所述换热器腔体的连接构件。

2.根据权利要求1所述的用于废热热电发电系统的换热器，其特征在于，所述连接构件包括与所述废热气流通道相连的圆形法兰转接件、与所述换热器腔体相连的方形法兰转接件、以及连接于所述圆形法兰转接件和方形法兰转接件之间的过渡件。

3.根据权利要求1所述的用于废热热电发电系统的换热器，其特征在于，还包括设于所述换热器腔体外表面的多个热电器件以及与各热电器件对应的冷却单元。

4.根据权利要求3所述的用于废热热电发电系统的换热器，其特征在于，还包括设于所述换热器腔体外表面上的用于固定各热电器件的定位构件。

5.根据权利要求4所述的用于废热热电发电系统的换热器，其特征在于，

所述定位构件与所述多个翅片是由具有高导热率的铝、铝合金、铜、或铜合金铸造或者压铸成型的构件。

6.根据权利要求2所述的用于废热热电发电系统的换热器，其特征在于，所述连接构件是由冲压成型的所述过渡件与所述圆形法兰转接件和方形法兰转接件焊接成整体而构成的构件。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的用于废热热电发电系统的换热器，其特征在于，所述多个翅片在与所述废热气流方向垂直的方向上延伸，且所述多个翅片具有不同的长度及高度。

8.根据权利要求7所述的用于废热热电发电系统的换热器，其特征在于，所述多个翅片中的长度长的长翅片沿所述换热器腔体内部的废热气流流动的方向交错排列，且所述长翅片之间隔有一热电器件。

9.根据权利要求8所述的用于废热热电发电系统的换热器，其特征在于，所述长翅片的长度为150-250mm，所述长翅片的高度为所述换热器腔体内部空间的高度，所述长翅片的厚度为1.5-3mm。

10.根据权利要求7所述的用于废热热电发电系统的换热器，其特征在于，所述每两个长翅片之间与所述废热气流方向垂直的方向上设有两组长度短的短翅片，且每组短翅片的长度为80-130mm，所述短翅片的高度为2-3mm，所述短翅片的厚度为1.5-2mm，且各所述短翅片之间的间隔为3-4mm。