CN207530727U - 一种多级尾气温差发电系统及机动车 - Google Patents

一种多级尾气温差发电系统及机动车 Download PDF

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张侃
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Abstract

本实用新型提供了一种多级尾气温差发电系统，贴附于机动车排气系统的外壁，包括由内到外依次设置的热电组件和保护壳体；热电组件包括多层顺序排列设置的热电单元层，热电单元层包括绝缘基材层以及覆盖在绝缘基材层一侧面的温差发电材料层，所述温差发电材料层的两面均涂覆有导电涂层；热电组件最外侧的绝缘基材层贴附于机动车排气系统的外壁，热电组件最外侧的温差发电材料层贴附于保护壳体，温差发电材料层的耐高温性能由内到外依次降低，机动车排气系统外壁的热能从内到外在各层温差发电材料层的两侧形成阶梯温度差。本实用新型能量转化率高，可有效提高燃油的利用率。

Description

一种多级尾气温差发电系统及机动车
技术领域
本实用新型涉及机动车发电装置技术领域，具体涉及一种多级尾气温差发电系统及机动车。
背景技术
传统汽车发动机的燃油能量约30％用于驱动车轮，约40％的能量以尾气废热和冷却水的方式散失，基于热电器件的热电转换技术吸收尾气废热进行发电利用是提高发动机燃油经济性的一项重要途径。
例如，授权公告号为CN200997576的中国实用新型专利，公开了一种利用汽车排气温度的温差发电装置，包括排气管，在排气管的外壁上设有半导体热电材料，所述半导体热电材料的高温端面对着排气管的外壁或排气管的外壁与半导体电热材料为一整体。该装置结构简单，无需对现有车辆上的排气管做大的改动，能为车辆提供电能，从而降低油耗节约能源。该装置适用于各种车辆上。但是却存在热电转换效率低、发电功率(几十瓦或几百瓦)不足的问题。
实用新型内容
因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中利用尾气温差进行热电转换时效率低下的缺陷，从而提供一种多级尾气温差发电系统。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种多级尾气温差发电系统，贴附于机动车排气系统的外壁，包括由内到外依次设置的热电组件和保护壳体；
所述热电组件包括多层顺序排列设置的热电单元层，所述热电单元层包括绝缘基材层以及覆盖在所述绝缘基材层一侧面的温差发电材料层，所述温差发电材料层的两面均涂覆有导电涂层；
所述热电组件最外侧的绝缘基材层贴附于所述机动车排气系统的外壁，所述热电组件最外侧的温差发电材料层贴附于所述保护壳体，所述温差发电材料层的耐高温性能由内到外依次降低，所述机动车排气系统外壁的热能从内到外在各层温差发电材料层的两侧形成阶梯温度差。
优选地：所述温差发电材料层焊接于所述绝缘基材层上。
优选地：所述热电单元层为三层，包括由内到外顺序排列设置的高温热电单元层、中温热电单元层和低温热电单元层。
进一步地：所述高温热电单元层内的绝缘基材层为高温绝缘基材层，所述温差发电材料层为高温温差发电材料层；
所述中温热电单元层内的绝缘基材层为中温绝缘基材层，所述温差发电材料层为中温温差发电材料层；
所述低温热电单元层内的绝缘基材层为低温绝缘基材层，所述温差发电材料层为低温温差发电材料层。
进一步地：所述高温热电单元层、所述中温热电单元层和所述低温热电单元层中的绝缘基材层均为高温绝缘基材层。
优选地：所述导电涂层上设置有多条分割线，所述分割线将每层导电涂层分个为若干个独立的供电区域，每个供电区域上均设有用于输出电量的电器输出端口。
进一步地：每条所述分割线均沿所述机动车排气系统外壁的轴向设置。
优选地：所述保护壳体的外侧设有散热凸起。
优选地：所述保护壳体上还设有导流槽。
本实用新型的另一个目的在于提供一种能提高发动机工作效率的机动车，包括贴附于机动车排气系统外壁设置的多级尾气温差发电系统。
本实用新型的有益效果在于：
(1)本申请通过在机动车排气系统的外壁上设置热电单元层，利用发动机尾气热量产生电能，进而提高燃料的使用效率。其中热电单元层为多层，当发动机工作时，发动机尾气为高温气体，尾气在通过机动车排气系统输出时，将尾气热能传导到排气系统部件壳体，使排气系统部件壳体温度升高；套设于机动车排气系统外壁的多层温差发电材料层被机动车排气系统加热，从而将热量逐级向环境空间传导，热能在温差发电材料层传导过程中在每个温差发电材料均形成阶梯温度差，进而产生电动势，电动势通过导电介质输送给用电器，使其获得额外电能，最终提高发动机的效率和燃料的使用率，而多层温差发电材料层的耐高温性能内到外依次以阶梯状降低，不仅降低了生产成本，而且还能将废气中的热能充分转换为电能，供车身电器系统使用或辅助驱动车辆，进而以最少的投资获得了较高的转化率，最终有效提高燃油的利用率；
(2)本实用新型在导电图层上设置多条分割线，如此便可将由热能转化而成的电能模块化，从而用于供应不同的电器，使得本申请的多级尾气温差发电系统更加功能化；
(3)本实用新型还在保护壳体的外侧设置了散热凸起和导流槽，设置有散热凸起和导流槽的保护壳体将热量散失到空气中，有助于温差发电材料形成温度差。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本实用新型实施例所提供的多级尾气温差发电系统的结构示意图；
图2为本实用新型另一实施例所提供多级尾气温差发电系统的结构示意图；
图3为本实用新型实施例所提供的的导电涂层的结构示意图；
图4为本实用新型实施例所提供的保护壳体的结构示意图。
附图标记说明：
1、热电组件；10、热电单元层；10(a)、高温热电单元层；10(b)、中温热电单元层；10(c)、低温热电单元层；11、绝缘基材层；12、温差发电材料层；13、导电涂层；131、分割线；132、电器输出端口；2、保护壳体；21、散热凸起；22、导流槽。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1所示，本实用新型提供了一种多级尾气温差发电系统，贴附于机动车排气系统的外壁，包括由内到外依次设置的热电组件1和保护壳体2；热电组件1包括多层顺序排列设置的热电单元层10，热电单元层10包括绝缘基材层11以及覆盖在绝缘基材层11一侧面的温差发电材料层12，温差发电材料层12的两面均涂覆有导电涂层13；热电组件1最外侧的绝缘基材层11贴附于机动车排气系统的外壁，热电组件1最外侧的温差发电材料层12贴附于保护壳体2，温差发电材料层12的耐高温性能由内到外依次降低，机动车排气系统外壁的热能从内到外在各层温差发电材料层12的两侧形成阶梯温度差。
本实用新型通过在机动车排气系统的外壁上设置热电单元层10，利用发动机尾气热量产生电能，进而提高燃料的使用效率。其中热电单元层10为多层，当发动机工作时，发动机尾气为高温气体，尾气在通过机动车排气系统输出时，将尾气热能传导到机动车排气系统的外壁，使机动车排气系统外壁温度升高；套设于机动车排气系统外壁的多层温差发电材料层12被机动车排气系统加热，从而将热量逐级向环境空间传导，热能在温差发电材料层12传导过程中在每个温差发电材料层12上均形成阶梯温度差，进而产生电动势，电动势通过导电介质输送给用电器，使其获得额外电能，最终提高发动机的效率和燃料的使用率，而多层温差发电材料层12的耐高温性能内到外依次以阶梯状降低，不仅降低了生产成本，而且还能将废气中的热能充分转换为电能，供车身电器系统使用或辅助驱动车辆，进而以最少的投资获得了较高的转化率，最终有效提高燃油的利用率。
其中，在本实用新型中所指的“内”为靠近机动车系统外壁的位置，“外”则指远离机动车外壁的位置；多级尾气温差系统作为一个整体，由多块热电单元层10焊接而成，其焊接形式为先将每块热电单元层10中的绝缘基材层11与两侧均涂覆有导电涂层13的温差发电材料层12焊接为一体，然后将各热电单元层10中两侧均涂覆有导电涂层13的温差发电材料层12与相邻热电单元层10的绝缘基材层11焊接在一起，即温差发电材料12与绝缘基材层11的设置为间隔设置，且二者的连接方式为焊接，而最内层的绝缘基材层11直接贴合于机动车排气系统的外壁设置，最外层的温差发电材料层12的外侧焊接与之相匹配的保护壳体2，如图4所示，保护壳体2的外表面设置有多个均匀分布的散热凸起21，在散热凸起21之间设置有导流槽22，其中散热凸起21和导流槽22的设置可以增加系统外侧冷却面积，便于将热量散失到空气中，增大各温差发电材料层12之间的温差，从而进一步提高能量的转化效率。
如图2所示，作为较优的实施方式，将热电单元层10设置为三层，最内层的设置为高温热电单元层10(a)，与之相邻的设置为中温热电单元层10(b)，最外层设置为低温热电单元层10(c)；对应地，高温热电单元层10(a)由高温绝缘基材层和高温温差发电材料层焊接而成，中温热电单元层10(b)由中温绝缘基材层和中温温差发电材料层焊接而成，低温热电单元层10(c)由低温绝缘基材层和低温温差发电材料层焊接而成，整个的多级尾气温差系统中从内到外依次为高温绝缘基材层、高温温差发电材料层(两侧涂覆有导电涂层13)、中温绝缘基材层、中温温差发电材料层(两侧涂覆有导电涂层13)、低温绝缘基材层和低温温差发电材料层(两侧涂覆有导电涂层13)、保护壳体2。如此设置的好处是将多级尾气温差系统划分为阶梯状的温区转化区间，顺应自然的能量散发趋势，合理的将不同温度区间的能量均有效的转化为电能，不会造成热能的损失，且设置为三层热电单元层10的话既能提高能量的转化率，又能节约材料，降低生产成本。在本实施例中所述的高温范围为900k以上，中温范围为400k‐900k，低温范围为低温300‐400k，在本实施例中，高温温差发电材料层的材质可以为SiGe系列合金、Yb14MnSb11或half‐heusler合金(TiCoSb和HfNiSn)；中温温差发电材料层可以为碲化铅、银锑碲或方钴矿(CoSb3)；低温温差发电材料层可以为碲化铋。
如图3所示，为了进一步的增加本实用新型的实用性，在每层导电涂层13上设置多条分割线131，分割线131将导电涂层13分成不同区域，以便实现不同区域间并联连接，提高本装置的输出电动势，进而提高转换效率；这些分割线131将每层导电涂层13分个为若干个独立的供电区域，每个供电区域上均设有用于输出电量的电器输出端口132，作为较优的实施方式，可以将每条所述分割线131均沿机动车排气系统外壁的轴向设置，当然也可以以其他方式将导电涂层13分割为适合机动车不同部件使用的独立供电区域。
作为另一种可实施的方式，将所述多级尾气温差发电系统设置在机动车排气系统的外壁上，进而提高机动车的工作效率。
以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多级尾气温差发电系统，贴附于机动车排气系统的外壁，其特征在于，包括由内到外依次设置的热电组件(1)和保护壳体(2)；
所述热电组件(1)包括多层顺序排列设置的热电单元层(10)，所述热电单元层(10)包括绝缘基材层(11)以及覆盖在所述绝缘基材层(11)一侧面的温差发电材料层(12)，所述温差发电材料层(12)的两面均涂覆有导电涂层(13)；
所述热电组件(1)最外侧的绝缘基材层(11)贴附于所述机动车排气系统的外壁，所述热电组件(1)最外侧的温差发电材料层(12)贴附于所述保护壳体(2)，所述温差发电材料层(12)的耐高温性能由内到外依次降低，所述机动车排气系统外壁的热能从内到外在各层温差发电材料层(12)的两侧形成阶梯温度差。
2.根据权利要求1所述的多级尾气温差发电系统，其特征在于，所述温差发电材料层(12)焊接于所述绝缘基材层(11)上。
3.根据权利要求1或2所述的多级尾气温差发电系统，其特征在于，所述热电单元层(10)为三层，包括由内到外顺序排列设置的高温热电单元层(10(a))、中温热电单元层(10(b))和低温热电单元层(10(c))。
4.根据权利要求3所述的多级尾气温差发电系统，其特征在于，所述高温热电单元层(10(a))内的绝缘基材层(11)为高温绝缘基材层，所述温差发电材料层(12)为高温温差发电材料层；
所述中温热电单元层(10(b))内的绝缘基材层(11)为中温绝缘基材层，所述温差发电材料层(12)为中温温差发电材料层；
所述低温热电单元层(10(c))内的绝缘基材层(11)为低温绝缘基材层，所述温差发电材料层(12)为低温温差发电材料层。
5.根据权利要求3所述的多级尾气温差发电系统，其特征在于，所述高温热电单元层(10(a))、所述中温热电单元层(10(b))和所述低温热电单元层(10(c))中的绝缘基材层(11)均为高温绝缘基材层。
6.根据权利要求1或2所述的多级尾气温差发电系统，其特征在于，所述导电涂层(13)上设置有多条分割线(131)，所述分割线(131)将每层导电涂层(13)分个为若干个独立的供电区域，每个供电区域上均设有用于输出电量的电器输出端口(132)。
7.根据权利要求6所述的多级尾气温差发电系统，其特征在于，每条所述分割线(131)均沿所述机动车排气系统外壁的轴向设置。
8.根据权利要求1或2所述的多级尾气温差发电系统，其特征在于，所述保护壳体(2)的外侧设有散热凸起(21)。
9.根据权利要求1或2所述的多级尾气温差发电系统，其特征在于，所述保护壳体(2)上还设有导流槽(22)。
10.一种机动车，其特征在于，所述机动车的排气系统外壁设置有如权利要求1‐9中任一项所述的多级尾气温差发电系统。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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