專利名稱：用于機動車尾氣余熱回收的溫差發電器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種溫差發電器，尤其是涉及一種用于機動車尾氣余熱回收的溫差發電器。
背景技術：
隨著社會的發展，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，也推動了社會經濟的不斷發展。但是，汽車普及率的提高增加了人們對能源，特別是石油和天然氣的需求，從而進一步加速了全球能源危機。與此同時，汽車燃油中有大約40%的能量隨尾氣排出而浪費，并對環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的新途徑，又可減少生產過程中的環境污染，具有極大的經濟效益和社會效益。采用溫差發電技術可以有效解決上述問題。溫差發電是指材料用于熱電效應，將熱能直接轉化為電能，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生電壓和電流，將電流引出即可利用。國內外對溫差發電技術進行了很多研究， 但是用于機動車尾氣余熱回收的具有功能梯度結構的層疊陣列型溫差發電器卻鮮有報道。
發明內容
本發明的目的在于提供一種用于機動車尾氣余熱回收的溫差發電器，產生的電能可以直接利用，或者儲存在機動車的蓄電池中，可以為照明、空調等提供能量，也可以作為油電混合動力車輛的部分電力來源。本發明采用的技術方案是
本發明在第一覆蓋板上間隔地安裝η個低溫端熱交換器和η-1個高溫端熱交換器，每個低溫端熱交換器的兩端均安裝冷卻腔連接頭，在每個冷卻腔連接頭上再安裝連接管；η 個低溫端熱交換器一側每兩個依次用連接水管連通，同一側的η-1個高溫端熱交換器的一端接第一個熱流分散器；η個低溫端熱交換器另一側分別接冷卻腔連接頭和連接管，第一個和第η個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，同一側的η-1個高溫端熱交換器接第二個熱分流分散器；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溫差發電模塊，溫差發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，相鄰兩個溫差發電模塊分別用連接導流片串聯連接，第一個溫差發電模塊與最后一個溫差發電模塊均用輸出電極連接，溫差發電模塊之間用隔熱材料層固定，第二覆蓋板固定在溫差發電器上面。所述的溫差發電模塊采用熱電偶陣列結構，將多個熱電偶串聯；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的一側加工有凹槽，將導流片和P型熱電臂和N型熱電臂分別放入凹槽中固定。所述的低溫端熱交換器和高溫端熱交換器結構相同，均為“工”字型的內部開有通道的結構。本發明具有的有益效果是
1)產生的電能可以直接利用，或者儲存在機動車的蓄電池中，可以為照明、空調等提供能量，也可以作為油電混合動力車輛的部分電力來源；
2)降低了機動車尾氣直接排放到環境中造成的污染程度；
3)提高了溫差發電效率和溫差發電器的輸出功率，大大降低了機動車發動機的能耗和提高了機動車的綜合性能，是一種有效解決能源危機和節能減排的新技術；
4)具有結構簡單，安裝與維修方便，性能高，制造成本低和應用前景非常廣泛等優點。
圖1是本發明的裝配結構正面原理圖。圖2是本發明的裝配結構反面原理圖。圖3是本發明的內部裝配結構原理圖。圖4是溫差發電器裝配圖。圖5是溫差發電器除去溫差發電模塊的結構圖。圖6是溫差發電模塊外觀圖。圖7是溫差發電模塊內部圖。圖8是溫差發電模塊內部熱電偶連接圖。圖9是溫差發電模塊散熱端覆蓋板。圖10是溫差發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)結構圖。圖12是冷卻水入口管(冷卻水出口管)結構圖。圖13是連接水管結構圖。
圖14是冷卻腔連接頭結構圖。圖15是熱流散熱器的正面結構圖。圖16是熱流散熱器的反面結構圖。圖17是入口排氣管(出口排氣管)結構圖。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.溫差發電模塊，18.連接導流片，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。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。如圖1和圖2所示，本發明包括溫差發電器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，溫差發電器6具有層疊結構，在第一覆蓋板15上間隔地安裝η個低溫端熱交換器19和η-1個高溫端熱交換器
420，每個低溫端熱交換器19的兩端均安裝冷卻腔連接頭4，在如圖14所示的每個冷卻腔連接頭4上再安裝連接管14 ；如圖3所示，η個低溫端熱交換器19 一側每兩個依次用連接水管3連通，同一側的η-1個高溫端熱交換器20的一端接第一個熱流分散器2 ；如圖4所示， η個低溫端熱交換器19另一側分別接冷卻腔連接頭4和連接管14，第一個和第η個低溫端熱交換器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，同一側的η-1個高溫端熱交換器 20接第二個熱分流分散器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 之間陣列放置多個溫差發電模塊17，溫差發電模塊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，相鄰兩個溫差發電模塊17分別用連接導流片18串聯連接，第一個溫差發電模塊17與最后一個溫差發電模塊17均用輸出電極10連接，溫差發電模塊17之間用隔熱材料層16固定，如圖1所示，第二覆蓋板5固定在溫差發電器6上面，溫差發電器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。所述的溫差發電模塊17采用熱電偶陣列結構，將多個熱電偶串聯；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相對的一側加工有凹槽，將導流片M和P型熱電臂25和N型熱電臂沈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結構相同，均為“工”字型的內部開有通道的結構，該結構上開有螺紋孔27 ；低溫端熱交換器19和高溫端熱交換器20全部采用導熱性、絕緣性優良的材料。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分別連接到機動車排氣管上，保證機動車高溫尾氣能順利通過整個溫差發電器。該裝置的具體實施過程如下
如圖11所示，低溫端熱交換器19和高溫端熱交換器20具有相同結構和尺寸，其上開有螺紋孔27，該結構要適合于熱流和冷卻水從其中順利通過；熱交換器均采用導熱性和絕緣性良好的材料制造。如圖5所示，用螺釘11將數個低溫端熱交換器19和高溫端熱交換器20間隔地安裝在第一覆蓋板15上，形成層疊結構，采用螺釘11通過第一通孔觀將冷卻腔連接頭4安裝在每個低溫端熱交換器19的兩端，每個冷卻腔連接頭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成的P型熱電臂25和N型熱電臂沈，將其用導電性優良的連接導流片18串聯形成熱電偶，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化設計得到，以保證在一定的溫差范圍內，單個熱電偶能達到最大的輸出功率和熱電轉化效率；溫差發電模塊17采用熱電偶陣列結構，將數個熱電偶串聯；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材料相對一側加工有凹槽，可以將導流片M和P型熱電臂25和N型熱電臂沈分別放入其中，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選擇熱傳導性和絕緣性能優良的材料。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之間陣列放置數個溫差發電模塊17，溫差發電模塊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，相鄰兩個溫差發電模塊17用連接導流片18串聯連接，第一個溫差發電模塊17與最后一個溫差發電模塊17均用輸出電極10連接；溫差發電模塊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電模塊17，還可以保證熱量只沿著溫差發電模塊17內部傳導；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入溫差發電器6。如圖3、圖12和圖13所示，溫差發電器6 —側低溫端熱交換器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，依次連接到另一側的低溫端熱交換器19，另一側低溫端熱交換器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個數相同的熱流通道，其兩端面加工有第二通孔四；如圖17所示，入口排氣管1和出口排氣管8具有相同結構，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，用螺釘通過每個熱流分散器2的第二通孔四分別與入口排氣管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的第二通孔四連接；最后，將入口排氣管1和出口排氣管8安裝在機動車尾氣排氣管中間。具體的位置可以根據溫差發電器整體尺寸和工作的溫差范圍等因素決定。如圖1所示，機動車工作過程中產生的尾氣進入入口排氣管1，并由熱流分散器2 將尾氣分散到溫差發電器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進行排放；與此同時，機動車冷卻系統中的冷卻水通過冷卻水入口管7 進入溫差發電器6中的低溫端熱交換器19中，并在其中走“S”形路線，最終經冷卻水出口管9進入機動車冷卻系統；在該過程中，溫差發電器6內部溫差發電模塊17的高溫端覆蓋層21和低溫端覆蓋層23之間便產生溫度差，用于材料的熱電效應，便產生了電流。用導線連接溫差發電器6的輸出電極10，就可以輸出電流了 ；剛從機動車發動機排出的尾氣溫度非常高，經過溫差發電器6以后，尾氣的溫度會降低，再排放到空氣中可以降低對環境的污
^fe ο
權利要求
1.一種用于機動車尾氣余熱回收的溫差發電器，其特征在于在第一覆蓋板上間隔地安裝η個低溫端熱交換器和η-1個高溫端熱交換器，每個低溫端熱交換器的兩端均安裝冷卻腔連接頭，在每個冷卻腔連接頭上再安裝連接管；η個低溫端熱交換器一側每兩個依次用連接水管連通，同一側的η-1個高溫端熱交換器的一端接第一個熱流分散器；11個低溫端熱交換器另一側分別接冷卻腔連接頭和連接管，第一個和第η個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，同一側的η-1個高溫端熱交換器接第二個熱分流分散器；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溫差發電模塊，溫差發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，相鄰兩個溫差發電模塊分別用連接導流片串聯連接，第一個溫差發電模塊與最后一個溫差發電模塊均用輸出電極連接，溫差發電模塊之間用隔熱材料層固定，第二覆蓋板固定在溫差發電器上面。
2.根據權利要求1所述的一種用于機動車尾氣余熱回收的溫差發電器，其特征在于 所述的溫差發電模塊采用熱電偶陣列結構，將多個熱電偶串聯；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的一側加工有凹槽，將導流片和P型熱電臂和N型熱電臂分別放入凹槽中固定。
3.根據權利要求1所述的一種用于機動車尾氣余熱回收的溫差發電器，其特征在于 所述的低溫端熱交換器和高溫端熱交換器結構相同，均為“工”字型的內部開有通道的結構。
全文摘要
本發明公開了一種用于機動車尾氣余熱回收的溫差發電器。在覆蓋板上間隔地安裝n個低溫端熱交換器和n-1個高溫端熱交換器；n個低溫端熱交換器連接管連通；低溫端熱交換器另一側的第一個和第n個分別接低、高溫端熱交換器，兩側的高溫端熱交換器分別接熱分流分散器；相鄰的低、高溫端熱交換器之間陣列放置多個溫差發電模塊，相鄰兩個溫差發電模塊用導流片串聯連接，第一個與最后一個溫差發電模塊均用輸出電極連接，溫差發電模塊之間用隔熱材料層固定。本發明產生的電能直接利用，或者儲存在機動車的蓄電池中作為油電混合動力車輛的部分電源。該溫差發電器不僅降低了機動車尾氣直接排放到環境中造成的污染程度，還解決了機動車用電源供應問題。
文檔編號F01N5/02GK102510245SQ201110394488
公開日2012年6月20日 申請日期2011年12月2日 優先權日2011年12月2日
發明者姚喆赫, 梅德慶, 沈輝, 陳子辰 申請人:浙江大學