一種新型熱電轉換器的製作方法

2023-09-10 03:35:00 5

專利名稱：一種新型熱電轉換器的製作方法
技術領域：
一種新型熱電轉換器技術領域[0001]本專利屬於內燃發動機和熱能工程設備應用技術領域，特別涉及內燃發動機餘熱利用與熱電轉換技術問題。
背景技術：
[0002]可持續發展的能量資源和越來越嚴重的環境汙染問題，迫使人們提出節能減排的低碳經濟方案。汽車作為能源消耗和環境保護重要技術領域備受關注，汽車燃料燃燒所發出能量的1/3被有效利用，其它能量被排放到大氣中，不僅造成能源浪費，還帶來巨大環境汙染。因此，汽車新能源和節能是一項重要的發展方向，有效利用汽車排放餘熱是實現汽車節能的一個重要發展主題。汽車餘熱主要是兩種來源，發動機冷卻水和排氣餘熱，前者是來至於冷卻介質的中低溫能量，後者是來至於排出煙氣的中高溫能量。其中，中高溫能量餘熱利用採用熱電轉化發電是最佳的選擇方案之一，它利用物理學溫差熱電轉換的塞貝克效應，實現餘熱的熱電溫差發電(Thermoelectric Generator,TEG)技術。熱電技術不連續的、 不穩定的熱量實時發電轉化，實現車載電力增容，或促進熱電空調技術的發展，達到車輛能量效率的再提升。事實上，餘熱利用的熱電轉換裝置的結構設計一直受到技術應用領域的關注。[0003]本專利提出熱旋流均熱式熱電轉換器設計，即流體加熱管腔內採用椎柱型均熱芯體結構，利用椎柱芯體，達到進口熱風的進一步附著管道壁面流動，有利於熱量的熱電轉化充分利用；利用椎柱徑比尺寸調整附壁流動份額；利用椎柱芯體入口尺寸、分流篩孔尺寸和數量分布，達到熱流體分布調控的均熱設計；利用進口旋流器設計，達到流道內的旋流目的，有利於多股流的混合和溫位熱量的均勻性。專利中的均熱設計目的是提高管道沿程的管壁溫度均衡一致性，有利於熱電片陣列的單元熱電均衡性和效率。事實上，不論是氣體還是液體熱流體，其熱電轉換器已有技術提及和專利產生，並在工程實際中應用。但是，在解決小型緊湊和車用等方面還遠遠沒能實現應用，已有技術提及和專利均沒有提到熱旋流均熱結構概念。利用椎柱芯體、篩孔和旋流器等，達到貼壁分流、熱流分布再混合等提高溫位和熱量的均衡一致性，達到提高熱利用率和熱電片陣列熱電轉換均勻性的目的，避免和克服以往相熱電轉換器的局限性。熱電轉換在內燃發動機和熱能工程領域得到研究和應用， 但是這些研究和專利還沒有提到利用椎柱篩孔芯體和旋流結構，以及其具有的適應性和可變性概念。本專利通過一個諸如內燃發動機實施例的熱風熱電轉換器餘熱利用，設計熱旋流均熱式熱電轉換器，實現內燃發動機和熱能工程設備的技術應用和組合精細調整可變性能力。發明內容[0004]本專利提供一種熱旋流均熱式熱電轉換器設計，熱電轉換器採用椎柱篩孔芯體和旋流結構，並通過利用椎柱芯體、篩孔和旋流器等，達到貼壁分流、熱流分布再混合等提高溫位和熱量的均衡一致性，達到提高熱利用率和熱電片陣列熱電轉換均勻性的目的，避免和克服以往相熱電轉換器的局限性。[0005]熱旋流均熱式熱電轉換器包括進口管道、進口變化段、工作管段、熱電轉換單元、 出口變換段和出口管道，工作管段為六面，椎柱篩孔芯體固定在六面工作管段上，熱電轉換單元由熱電片和散熱片構成，熱電片粘接在六面工作管段上，散熱片粘接於熱電片上，椎柱篩孔芯體由芯體連接件連接。[0006]在熱旋流均熱式熱電轉換器中，布置有進口旋流器、椎柱篩孔芯體等關鍵設計。利用椎柱芯體，達到進口熱風的進一步附著管道壁面流動，有利於熱量的熱電轉化充分利用； 利用椎柱徑比尺寸調整附壁流動份額；利用椎柱芯體入口尺寸、分流篩孔尺寸和數量分布， 達到熱流體分布調控的均熱設計；利用進口旋流器設計，達到流道內的旋流目的，有利於多股流的混合和溫位熱量的均勻性。本專利以內燃發動機為實施技術案例，其核心創新思想與技術設計可應用於其它熱工裝置的餘熱利用和換熱均熱利用，具有同等作用。[0007]本專利設計是通過引入進口旋流器、椎柱篩孔芯體，形成更良好的熱流體沿程熱量和溫度均勻性，使熱電轉換器壁面貼附的熱電片各單元獲得更加一致性的溫度和熱量， 促進熱量充分利用的同時，也提高了發電均勻性和穩定性，最大限度發揮各組熱電片熱電能力，提升熱電效率。[0008]在一個內燃發動機或熱工設備工作過程餘熱利用實施例中，在動力裝置排出的熱風流過熱電轉換器時，實現了熱電轉化，達到餘熱發電的目的。[0009]實施過程中，熱態循環介質流體(發動機燃燒排氣)由進口管道1進入熱電轉換器流道，流經進口旋流器11，形成一定的旋流，通過進口變換段2，進入工作段3，經過椎柱篩孔芯體9或12分流，一部分分流成貼壁流動，另一部分進入椎柱篩孔芯體12內，逐步經過篩孔分流，分別流出與貼壁流動混合，提升溫度和熱量，保證流動沿程的溫度均勻性，最後流經出口變換段5和出口管道，流出熱電轉換器，完成熱流體的熱電轉化過程。


[0010]圖1為熱風旋流均熱式熱電轉換器外形結構圖。[0011]圖2為橫剖結構示意圖。[0012]圖3為縱向內部流程示意圖。[0013]圖4均熱控制項芯體示意圖。[0014]圖中各部件的編號和對應名稱如下[0015]圖1中1-進口管道、2-進口變換段、3-工作管段、4-熱電轉換單元、5-出口變換段、6-出口管道。[0016]圖2中7-熱電片、8-散熱片、9-椎柱篩孔芯體、10-芯體連接件。其中，[0017]圖3中11-進口旋流器、12-椎柱篩孔芯體。[0018]圖4中13-均熱芯體前端入口、14-篩流孔、15-後風帽。
具體實施方式
[0019]在內燃發動機或熱工設備工作過程中，熱態循環介質流體(如發動機燃燒排氣) 由進口管道(1)進入熱電轉換器流道，流經進口旋流器(11)，形成一定的旋流，通過進口變換段O)，進入工作段(3)，經過椎柱篩孔芯體(9)或(1 分流，一部分分流成貼壁流動，另4一部分進入椎柱篩孔芯體(1 內，逐步經過篩孔分流，分別流出與貼壁流動混合，提升溫度和熱量，保證流動沿程的溫度均勻性，最後流經出口變換段(5)和出口管道(6)，流出熱電轉換器，完成熱流體的熱電轉化過程。一般而言，熱電轉化通過整流和穩壓處理，作為電力供應或儲備電池充電來源，實現餘熱利用和節能減排。
權利要求1.一種新型熱電轉換器，包括進口管道(1)、進口變化段O)、工作管段(3)、熱電轉換單元G)、出口變換段(5)和出口管道(6)，其特徵在於，工作管段(3)為六面，椎柱篩孔芯體(9)固定在六面工作管段C3)上，熱電轉換單元由熱電片(7)和散熱片(8)構成，熱電片(7)粘接在六面工作管段(3)上，散熱片(8)粘接於熱電片(7)上，椎柱篩孔芯體(9) 由芯體連接件(10)連接。
2.如權利要求1所述的一種新型熱電轉換器，其特徵在於椎柱篩孔芯體(8)控制項獨立結構。
3.如權利要求2所述的一種新型熱電轉換器，其特徵在於，所述的椎柱芯體結構中椎柱芯體的入口端和出口端半球封頭的曲面度設計，進一步輔助控制附壁流份額。
4.如權利要求3所述的一種新型熱電轉換器，其特徵在於，所述的椎柱芯體結構和附壁流份額熱控制，椎柱芯體的入口的開孔設計以及與篩孔尺寸和分布設計。
專利摘要本實用新型公開了一種新型熱電轉換器，實現了熱電轉化，達到餘熱發電的目的。熱旋流均熱式熱電轉換器，包括進口管道(1)、進口變化段(2)、工作管段(3)、熱電轉換單元(4)、出口變換段(5)和出口管道(6)，其特徵在於，工作管段(3)為六面，椎柱篩孔芯體(9)固定在六面工作管段(3)上，熱電轉換單元(4)由熱電片(7)和散熱片(8)構成，熱電片(7)粘接在六面工作管段(3)上，散熱片(8)粘接於熱電片(7)上，椎柱篩孔芯體(9)由芯體連接件(10)連接。此裝置其不僅可用於內燃發動機餘熱利用，而且可應用於其它熱工裝置的餘熱利用和蓄能利用。
文檔編號H01L35/32GK202280532SQ20112000297
公開日2012年6月20日 申請日期2011年1月7日 優先權日2011年1月7日
發明者劉研, 張天時, 王國華, 高淳, 魏強, 黃成海 申請人:吉林大學