一種適用於尾氣熱電回收的集熱器的製作方法

2023-08-05 10:38:21

本發明涉及汽車尾氣溫差發電技術領域，具體涉及一種適用於尾氣熱電回收的集熱器。

背景技術：

研究表明，傳統汽車發動機的燃油能量僅30%左右用於驅動車輪，剩餘約70％的能量沒有被有效利用，其中約40％的能量以尾氣廢熱形式排放到空氣中，造成了能源浪費和環境汙染。若對這部分廢熱加以二次利用，則會有效降低汽車的燃油消耗。溫差發電技術是對尾氣廢熱加以二次利用的有效途徑，它先通過集熱裝置收集尾氣中的熱能，然後通過熱電轉換材料將熱能轉換成電能，供汽車內電器設備使用，具有無運動部件、無噪聲、無汙染、工作可靠、結構緊湊、使用壽命長等特點，在低品位熱能利用方面具有獨特的優勢。集熱裝置的集熱效果直接影響到熱電回收效率，是溫差發電技術的關鍵之一。

流動減阻與強化換熱是對立矛盾面，採用強化換熱的手段來提高尾氣廢熱的回收效率的同時必然會增大尾氣的流動阻力，影響排氣性能。故在設計集熱裝置時，需要綜合考慮其集熱效果和產生的壓力損失。

專利cn201310077133中採用集熱箱體進行尾氣熱電回收，為了提高集熱效果，箱體內加入了分流板、引流板、擾流板、阻流板等大量翅片。這種在箱體內部加翅片的方法集熱效果相對有限，且會帶來較大的壓力損失，影響排氣性能。

專利cn201510244750中通過熱管的高導熱性將排氣管內廢熱轉移到外部進行熱電回收，集熱效果相對更高。但由於排氣管直徑較小，通常在50~60mm，將多個熱管插入在排氣管內，熱管的安裝數量以及插入到排氣管中的熱管長度有限。而熱管在加工過程中要進行抽真空、焊接等操作，由於工藝原因，頭部會有約30mm的無效段，所以會造成熱管的利用空間下降。另外將熱管過多的插入到排氣管道內部，也會帶來較大的壓力損失，影響排氣性能。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的問題，提供一種集熱效果好、壓力損失小的適用於尾氣熱電回收的集熱器。

為達到上述目的，本發明採用的技術方案是：

一種適用於尾氣熱電回收的集熱器，包括集熱箱體、設置在所述集熱箱體的外表面上的導熱板和設置在所述導熱板上的熱電模塊，所述集熱箱體包括入口管、出口管和集熱段，所述導熱板設置在所述集熱段上，所述集熱箱體的內部具有集熱腔，所述集熱器還包括熱管，所述熱管包括蒸發段、冷凝段和絕熱段，所述蒸發段設置在所述集熱段處的所述集熱腔中，所述冷凝段設置在所述導熱板的內部，所述絕熱段連通所述蒸發段和所述冷凝段。

優選地，所述蒸發段的長度延伸方向垂直於所述集熱腔內氣體流動方向。

優選地，所述絕熱段分別設置在所述熱管的兩端部，所述蒸發段和所述冷凝段通過兩端部的所述絕熱段連通後使所述熱管形成封閉環形結構。

優選地，所述蒸發段在所述集熱腔中靠近所述集熱腔的壁面。

優選地，所述集熱箱體呈扁平狀，所述導熱板分別設置在所述集熱段的上下表面上，所述熱管分別設置在所述集熱器的上部和下部，位於所述集熱器的上部的所述熱管的所述蒸發段位於所述集熱腔的上部，所述冷凝段位於所述集熱段的上表面上的所述導熱板內，位於所述集熱器的下部的所述熱管的所述蒸發段位於所述集熱腔的下部，所述冷凝段位於所述集熱段的下表面上的所述導熱板內。

進一步地，位於所述集熱器的上部的所述熱管和位於所述集熱器的下部的所述熱管均設有多個，上部的多個所述熱管和下部的多個所述熱管均沿氣流流動方向間隔分布。

更進一步地，位於所述集熱器的上部的多個所述熱管和位於所述集熱器下部的多個所述熱管沿氣流流動方向交替間隔設置。

優選地，所述蒸發段的橫截面呈扁平狀，且所述橫截面的外輪廓具有弧度。

進一步地，所述蒸發段的橫截面為橢圓形。

優選地，所述集熱箱體還包括用於連接所述集熱段與所述入口管的第一過渡段、用於連接所述集熱段與所述出口管的第二過渡段，所述第一過渡段從與所述集熱段的連接處到與所述入口管的連接處橫截面逐漸減小，所述第二過渡段從與所述集熱段的連接處到與所述出口管的連接處橫截面逐漸減小。

由於上述技術方案的運用，本發明與現有技術相比具有下列優點：本發明的適用於尾氣熱電回收的集熱器通過在集熱箱體上加裝熱管，熱管的利用空間增大，使得集熱器的集熱效果大幅提高，且帶來的壓力損失較小。

附圖說明

附圖1為本發明的適用於尾氣熱電回收的集熱器的結構示意圖；

附圖2為本發明的適用於尾氣熱電回收的集熱器的俯視圖；

附圖3為附圖2中沿a-a線的剖視圖（放大圖）；

附圖4為附圖2中沿b-b線的剖視圖；

附圖5為附圖4中a處局部放大圖。

其中：1、集熱箱體；11、入口管；12、出口管；13、集熱段；14、第一過渡段；15、第二過渡段；16、集熱腔；2、導熱板；3、熱管；31、蒸發段；32、冷凝段；33、絕熱段。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例來對本發明的技術方案作進一步的闡述。

參見圖1~圖5所示的適用於尾氣熱電回收的集熱器，包括集熱箱體1、設置在集熱箱體1的外表面上的導熱板2和設置在導熱板2上的熱電模塊（圖中未示出）。

集熱箱體1包括入口管11、出口管12、集熱段13、連接在集熱段13與入口管11之間的第一過渡段14、連接在集熱段13與出口管12之間的第二過渡段15，集熱箱體1的內部具有集熱腔16，本實施例中，集熱腔16位於集熱箱體1的中部。

本實施例中，入口管11和出口管12分別設置在集熱箱體1的長度方向上的相對兩端部，且入口管11和出口管12的中心軸線沿同一直線方向延伸。

集熱箱體1呈扁平狀，集熱段13位於集熱箱體1的長度方向上的中部，集熱段13的面積最大，且集熱段13各表面中其上下表面面積最大。第一過渡段14從與集熱段13的連接處到與入口管11的連接處橫截面逐漸減小，第二過渡段15從與集熱段13的連接處到與出口管12的連接處橫截面逐漸減小。本實施例中，第一過渡段14和第二過渡段15對稱設置在集熱箱體1的長度方向上的兩端。

本實施例中，導熱板2為鋁熱板，也為扁平狀，與集熱段13的上下表面的形狀相同，導熱板2有兩塊，分別設置在集熱段13的上下表面上。

集熱器還包括熱管3，熱管3包括蒸發段31、冷凝段32和絕熱段33，蒸發段31設置在集熱段13處的集熱腔16中，冷凝段32設置在導熱板2的內部並與導熱板2緊密接觸，絕熱段33連通蒸發段31和冷凝段32。絕熱段33有兩段，蒸發段31的一端部與冷凝段32的一端部通過一段絕熱段33連通，蒸發段31的另一端部與冷凝段32的另一端部通過另一段絕熱段33連通，這樣，蒸發段31、絕熱段33、冷凝段32、絕熱段33依次順序首尾連接使熱管3形成封閉環形結構。

一種具體的實施例，蒸發段31的長度延伸方向垂直於集熱腔16中氣流的流動方向，這樣，當氣流流經集熱腔16時，熱管3的蒸發段31能夠與垂直流過的熱氣體發生充分接觸，從而提高熱管3的利用空間，可提高集熱效果。

優選冷凝段32與蒸發段31平行設置，兩段絕熱段33對稱設置在熱管3的長度方向上的兩端部。

本實施例中，熱管3分別設置在集熱器的上部和下部，位於集熱器的上部的熱管3的蒸發段31位於集熱腔16的上部，且靠近集熱腔16的上壁面，冷凝段32位於集熱段13的上表面上的導熱板2內；位於集熱器的下部的熱管3的蒸發段31位於集熱腔16的下部，且靠近集熱腔16的下壁面，冷凝段32位於集熱段13的下表面上的導熱板2內。

位於集熱器的上部的熱管3和位於集熱器的下部的熱管3均設有多個，均沿氣流流動方向依次間隔設置。且位於集熱器的上部的熱管3和位於集熱器下部的熱管3沿氣流流動方向交替設置，使得集熱腔16內上下壁面處的熱管3的蒸發段31交替排列，這使得集熱腔16的通道截面積基本保持不變，從而減小了熱管3的蒸發段31對集熱腔16內部氣流造成的流動阻力。

上下兩排熱管3沿著氣流流動方向交替排列，使集熱腔16內的蒸發段31與集熱腔16的壁面構成了近似波紋型表面，這樣，集熱腔16內部會出現交替的正壓力梯度和逆壓力梯度，在相鄰的兩個蒸發段31之間就會出現回流區，伴隨著流動分離的同時出現大量的流向渦，同時流動的湍流程度被加強，使得強化換熱效果進一步提高。另外，波紋型表面能以較小的壓力損失獲得較高的強化傳熱效果，與專利cn201310077133在集熱箱體內安裝翅片、專利cn201510244750將熱管直接插入在排氣管內相比，產生的壓力損失明顯減小。

熱管3的蒸發段31的橫截面呈扁平狀，且橫截面的外輪廓面具有弧度，其形狀不唯一，本實施例中，蒸發段31的橫截面近似呈橢圓形。

該集熱器的工作原理如下：

當尾氣流過集熱腔16時，尾氣廢熱會通過集熱箱體1表面傳入導熱板2內；同時位於集熱腔16內的蒸發段31會吸收熱量，通過絕熱段33將熱量帶到冷凝段32，然後又被導熱板2吸收，從而將集熱箱體1內部的尾氣廢熱收集到集熱箱體1外部的導熱板2上面。通過在導熱板2上面的熱電模塊就可以進行尾氣廢熱的熱電回收。

該集熱器的集熱箱體1本身具有集熱效果，尾氣廢熱會通過集熱箱體1表面傳入導熱板2內。同時熱管3又能高效地將集熱箱體1內部的廢熱導入導熱板2內，這進一步提高了廢熱回收效率。該集熱器與專利cn201310077133在集熱箱體內安裝翅片、專利cn201510244750將熱管直接插入在排氣管內相比，集熱效果大幅提高，且帶來的壓力損失減小。

上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。