本發(fā)明涉及一種溫差發(fā)電器，尤其是涉及一種用于機(jī)動(dòng)車尾氣余熱回收的發(fā)電器。

技術(shù)背景

隨著社會(huì)的發(fā)展，汽車成為人們不可或缺的工具。汽車既給人們的生活帶來了便利，也推動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展。但是，汽車普及率的提高增加了人們對(duì)能源，特別是石油和天然氣的需求，從而進(jìn)一步加速了全球能源危機(jī)。與此同時(shí)，汽車燃油中有大約40％的能量隨尾氣排出而浪費(fèi)，并對(duì)環(huán)境造成了一定的污染。如果能將汽車尾氣回收利用，既能提供解決能源危機(jī)的新途徑，又可減少生產(chǎn)過程中的環(huán)境污染，具有極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

采用溫差發(fā)電技術(shù)可以有效解決上述問題。溫差發(fā)電是指材料用于熱電效應(yīng)，將熱能直接轉(zhuǎn)化為電能，通過在熱源和冷端之間合理選用和布置N型和P型熱電臂，可以在熱電偶兩端產(chǎn)生電壓和電流，將電流引出即可利用。國內(nèi)外對(duì)溫差發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了很多研究，但是用于機(jī)動(dòng)車尾氣余熱回收的具有功能梯度結(jié)構(gòu)的層疊陣列型溫差發(fā)電器卻鮮有報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于機(jī)動(dòng)車尾氣余熱回收的發(fā)電器，產(chǎn)生的電能可以直接利用，或者儲(chǔ)存在機(jī)動(dòng)車的蓄電池中，可以為照明、空調(diào)等提供能量，也可以作為油電混合動(dòng)力車輛的部分電力來源。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明在第一覆蓋板上間隔地安裝n個(gè)低溫端熱交換器和n-1個(gè)高溫端熱交換器，每個(gè)低溫端熱交換器的兩端均安裝冷卻腔連接頭，在每個(gè)冷卻腔連接頭上再安裝連接管；n個(gè)低溫端熱交換器一側(cè)每?jī)蓚€(gè)依次用連接水管連通，同一側(cè)的n-1個(gè)高溫端熱交換器的一端接第一個(gè)熱流分散器；n個(gè)低溫端熱交換器另一側(cè)分別接冷卻腔連接頭和連接管，第一個(gè)和第n個(gè)低溫端熱交換器分別與冷卻水入口管和冷卻水出口管相連，其余相鄰的低溫端熱交換器均用連接水管連通，同一側(cè)的n-1個(gè)高溫端熱交換器接第二個(gè)熱分流分散器；相鄰的低溫端熱交換器和高溫端熱交換器之間陣列放置多個(gè)溫差發(fā)電模塊，溫差發(fā)電模塊的高溫端覆蓋層和低溫端覆蓋層分別與高溫端熱交換器和低溫端熱交換器相接觸，相鄰兩個(gè)溫差發(fā)電模塊分別用連接導(dǎo)流片串聯(lián)連接，第一個(gè)溫差發(fā)電模塊與最后一個(gè)溫差發(fā)電模塊均用輸出電極連接，溫差發(fā)電模塊之間用隔熱材料層固定，第二覆蓋板固定在溫差發(fā)電器上面。

所述的溫差發(fā)電模塊采用熱電偶陣列結(jié)構(gòu)，將多個(gè)熱電偶串聯(lián)；熱電臂之間放置隔熱材料固定；高溫端覆蓋層和低溫端覆蓋層相對(duì)的一側(cè)加工有凹槽，將導(dǎo)流片和P型熱電臂和N型熱電臂分別放入凹槽中固定。

本發(fā)明具有的有益效果是：

1)產(chǎn)生的電能可以直接利用，或者儲(chǔ)存在機(jī)動(dòng)車的蓄電池中，可以為照明、空調(diào)等提供能量，也可以作為油電混合動(dòng)力車輛的部分電力來源；

2)降低了機(jī)動(dòng)車尾氣直接排放到環(huán)境中造成的污染程度；

3)提高了溫差發(fā)電效率和溫差發(fā)電器的輸出功率，大大降低了機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)的能耗和提高了機(jī)動(dòng)車的綜合性能，是一種有效解決能源危機(jī)和節(jié)能減排的新技術(shù)；

4)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝與維修方便，性能高，制造成本低和應(yīng)用前景非常廣泛等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的裝配結(jié)構(gòu)正面原理圖。

圖2是本發(fā)明的裝配結(jié)構(gòu)反面原理圖。

圖3是本發(fā)明的內(nèi)部裝配結(jié)構(gòu)原理圖。

圖4是溫差發(fā)電器裝配圖。

圖5是溫差發(fā)電器除去溫差發(fā)電模塊的結(jié)構(gòu)圖。

圖6是溫差發(fā)電模塊外觀圖。

圖7是溫差發(fā)電模塊內(nèi)部圖。

圖8是溫差發(fā)電模塊內(nèi)部熱電偶連接圖。

圖9是溫差發(fā)電模塊散熱端覆蓋板。

圖10是溫差發(fā)電模塊冷卻端覆蓋板。

圖11是低溫端熱交換器(高溫端熱交換器)結(jié)構(gòu)圖。

圖12是冷卻水入口管(冷卻水出口管)結(jié)構(gòu)圖。

圖13是連接水管結(jié)構(gòu)圖。

圖14是冷卻腔連接頭結(jié)構(gòu)圖。

圖15是熱流散熱器的正面結(jié)構(gòu)圖。

圖16是熱流散熱器的反面結(jié)構(gòu)圖。

圖17是入口排氣管(出口排氣管)結(jié)構(gòu)圖。

圖中：1.入口排氣管，2.熱流分散器，3.連接水管，4.冷卻腔連接頭，5.第二覆蓋板，6.溫差發(fā)電器，7.冷卻水入口管，8.出口排氣管，9.冷卻水出口管，10.輸出電極，11.螺釘，12.螺栓，13.螺母，14.連接管，15.第一覆蓋板，16.隔熱材料層，17.溫差發(fā)電模塊，18.連接導(dǎo)流片，19.低溫端熱交換器，20.高溫端熱交換器，21.高溫端覆蓋層，22.隔熱材料，23.低溫端覆蓋層，24.導(dǎo)流片，25.P型熱電臂，26.N型熱電臂，27.螺紋孔，28.第一通孔，29.第二通孔，30.第三通孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明包括溫差發(fā)電器6、入口排氣管1、出口排氣管8、熱流分散器2、冷卻水入口管7、冷卻水出口管9和連接管14；如圖5所示，溫差發(fā)電器6具有層疊結(jié)構(gòu)，在第一覆蓋板15上間隔地安裝n個(gè)低溫端熱交換器19和n-1個(gè)高溫端熱交換器20，每個(gè)低溫端熱交換器19的兩端均安裝冷卻腔連接頭4，在如圖14所示的每個(gè)冷卻腔連接頭4上再安裝連接管14；如圖3所示，n個(gè)低溫端熱交換器19一側(cè)每?jī)蓚€(gè)依次用連接水管3連通，同一側(cè)的n-1個(gè)高溫端熱交換器20的一端接第一個(gè)熱流分散器2；如圖4所示，n個(gè)低溫端熱交換器19另一側(cè)分別接冷卻腔連接頭4和連接管14，第一個(gè)和第n個(gè)低溫端熱交換器19分別與冷卻水入口管7和冷卻水出口管9相連，其余相鄰的低溫端熱交換器19均用連接水管3連通，使冷卻管道為“S”形，如圖3所示，同一側(cè)的n-1個(gè)高溫端熱交換器20接第二個(gè)熱分流分散器2；如圖3所示，相鄰的低溫端熱交換器19和高溫端熱交換器20之間陣列放置多個(gè)溫差發(fā)電模塊17，溫差發(fā)電模塊17的高溫端覆蓋層21和低溫端覆蓋層23分別與高溫端熱交換器20和低溫端熱交換器19相接觸，相鄰兩個(gè)溫差發(fā)電模塊17分別用連接導(dǎo)流片18串聯(lián)連接，第一個(gè)溫差發(fā)電模塊17與最后一個(gè)溫差發(fā)電模塊17均用輸出電極10連接，溫差發(fā)電模塊17之間用隔熱材料層16固定，如圖1所示，第二覆蓋板5固定在溫差發(fā)電器6上面，溫差發(fā)電器6中高溫端熱交換器20的兩端均與熱流分散器2連接，每個(gè)熱流分散器2分別與入口排氣管1和出口排氣管8連接。

所述的溫差發(fā)電模塊17采用熱電偶陣列結(jié)構(gòu)，將多個(gè)熱電偶串聯(lián)；熱電臂之間放置隔熱材料22固定；高溫端覆蓋層21和低溫端覆蓋層23相對(duì)的一側(cè)加工有凹槽，將導(dǎo)流片24和P型熱電臂25和N型熱電臂26分別放入凹槽中固定。

所述的低溫端熱交換器19和高溫端熱交換器20結(jié)構(gòu)相同，均為“工”字型的內(nèi)部開有通道的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)上開有螺紋孔27；低溫端熱交換器19和高溫端熱交換器20全部采用導(dǎo)熱性、絕緣性優(yōu)良的材料。

所述的熱流分散器2用來將尾氣熱流分散給高溫端熱交換器20和將通過高溫端熱交換器20的尾氣收集給出口排氣管8。

所述的入口排氣管1和出口排氣管8分別連接到機(jī)動(dòng)車排氣管上，保證機(jī)動(dòng)車高溫尾氣能順利通過整個(gè)溫差發(fā)電器。

該裝置的具體實(shí)施過程如下：

如圖11所示，低溫端熱交換器19和高溫端熱交換器20具有相同結(jié)構(gòu)和尺寸，其上開有螺紋孔27，該結(jié)構(gòu)要適合于熱流和冷卻水從其中順利通過；熱交換器均采用導(dǎo)熱性和絕緣性良好的材料制造。

如圖5所示，用螺釘11將數(shù)個(gè)低溫端熱交換器19和高溫端熱交換器20間隔地安裝在第一覆蓋板15上，形成層疊結(jié)構(gòu)，采用螺釘11通過第一通孔28將冷卻腔連接頭4安裝在每個(gè)低溫端熱交換器19的兩端，每個(gè)冷卻腔連接頭4上固定連接水管3。

如圖6至圖10所示，通過一定的工藝方法制造出由分段熱電材料構(gòu)成的P型熱電臂25和N型熱電臂26，將其用導(dǎo)電性優(yōu)良的連接導(dǎo)流片18串聯(lián)形成熱電偶，不同類型熱電臂各段材料的形狀、高度、橫截面積等尺寸可以通過優(yōu)化設(shè)計(jì)得到，以保證在一定的溫差范圍內(nèi)，單個(gè)熱電偶能達(dá)到最大的輸出功率和熱電轉(zhuǎn)化效率；溫差發(fā)電模塊17采用熱電偶陣列結(jié)構(gòu)，將數(shù)個(gè)熱電偶串聯(lián)；熱電臂之間放置隔熱材料22固定；高溫端覆蓋層21和低溫端覆蓋層23材料相對(duì)一側(cè)加工有凹槽，可以將導(dǎo)流片24和P型熱電臂25和N型熱電臂26分別放入其中，起到了有效的固定作用，另外高溫端覆蓋層21和低溫端覆蓋層23選擇熱傳導(dǎo)性和絕緣性能優(yōu)良的材料。

如圖4所示，在相鄰的低溫端熱交換器19和高溫端熱交換器20之間陣列放置數(shù)個(gè)溫差發(fā)電模塊17，溫差發(fā)電模塊17的高溫端覆蓋層21和低溫端覆蓋層23分別與高溫端熱交換器20和低溫端熱交換器19相接觸，相鄰兩個(gè)溫差發(fā)電模塊17用連接導(dǎo)流片18串聯(lián)連接，第一個(gè)溫差發(fā)電模塊17與最后一個(gè)溫差發(fā)電模塊17均用輸出電極10連接；溫差發(fā)電模塊17之間放置隔熱材料層16，該隔熱材料不僅可以固定溫差發(fā)電模塊17，還可以保證熱量只沿著溫差發(fā)電模塊17內(nèi)部傳導(dǎo)；如圖1所示，最后將第二覆蓋板5用螺釘11分別安裝在低溫端熱交換器19和高溫端熱交換器20上，覆蓋板可以有效阻止外界污染物進(jìn)入溫差發(fā)電器6。

如圖3、圖12和圖13所示，溫差發(fā)電器6一側(cè)低溫端熱交換器19的一端的連接水管3上安裝如的冷卻水入口管7，一側(cè)低溫端熱交換器19的另外一端的連接水管3上安裝有連接管14，該連接管14與相鄰的低溫端熱交換器19一端的連接水管3連接，依次連接到另一側(cè)的低溫端熱交換器19，另一側(cè)低溫端熱交換器19末端的連接水管3上安裝冷卻水出口管9，使冷卻水進(jìn)入冷卻管道后走的路線為“S”形。

如圖15和圖16所示，熱流分散器2上有與高溫端熱交換器20個(gè)數(shù)相同的熱流通道，其兩端面加工有第二通孔29；如圖17所示，入口排氣管1和出口排氣管8具有相同結(jié)構(gòu)，排氣管兩端加工為法蘭形狀，方便與其他零件固定。

如圖1所示，溫差發(fā)電器6中高溫端熱交換器20的兩端均與熱流分散器2連接，用螺釘通過每個(gè)熱流分散器2的第二通孔29分別與入口排氣管1和出口排氣管8的第三通孔30連接；采用螺栓12和螺母13將入口排氣管1和出口排氣管8的第三通孔30與兩端熱流分散器2的第二通孔29連接；最后，將入口排氣管1和出口排氣管8安裝在機(jī)動(dòng)車尾氣排氣管中間。具體的位置可以根據(jù)溫差發(fā)電器整體尺寸和工作的溫差范圍等因素決定。

如圖1所示，機(jī)動(dòng)車工作過程中產(chǎn)生的尾氣進(jìn)入入口排氣管1，并由熱流分散器2將尾氣分散到溫差發(fā)電器6的高溫端熱交換器20中，然后由尾端的熱流分散器2收集尾氣并通過出口排氣管8進(jìn)行排放；與此同時(shí)，機(jī)動(dòng)車?yán)鋮s系統(tǒng)中的冷卻水通過冷卻水入口管7進(jìn)入溫差發(fā)電器6中的低溫端熱交換器19中，并在其中走“S”形路線，最終經(jīng)冷卻水出口管9進(jìn)入機(jī)動(dòng)車?yán)鋮s系統(tǒng)；在該過程中，溫差發(fā)電器6內(nèi)部溫差發(fā)電模塊17的高溫端覆蓋層21和低溫端覆蓋層23之間便產(chǎn)生溫度差，用于材料的熱電效應(yīng)，便產(chǎn)生了電流。用導(dǎo)線連接溫差發(fā)電器6的輸出電極10，就可以輸出電流了；剛從機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)排出的尾氣溫度非常高，經(jīng)過溫差發(fā)電器6以后，尾氣的溫度會(huì)降低，再排放到空氣中可以降低對(duì)環(huán)境的污染。

上述實(shí)施例僅示例性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。