一種採用相變材料的汽車尾氣餘熱溫差發電裝置的製作方法
2023-05-27 19:17:31 1
本發明涉及節能減排技術領域,特別是一種採用相變材料的汽車尾氣餘熱溫差發電裝置。
背景技術:
隨著汽車數量的不斷增加,車輛消耗的能源與日俱增,車輛節能越來越受到人們的關注。在這一形勢下,溫差發電技術在汽車尾氣餘熱利用方面的研究與應用不斷發展。溫差發電是一種新型的、環保的發電方式,其原理是:根據塞貝克效應,維持聯結成電偶對的半導體器件兩端的溫差,在這個半導體器件中就會產生溫差電動勢。
汽車在行駛的過程中,排氣溫度可達600-800℃,依據半導體的溫差發電原理,可以將廢氣餘熱轉化為電能,具有良好的經濟和社會效益。然而受到溫差發電模塊製作工藝和現有溫差發電技術的限制,溫差發電模塊熱端有一定的安全工作溫度,該溫度不僅與溫差發電材料的最佳工作溫度有關,還與溫差發電模塊製作中所用焊料的熔點等相關。溫差發電模塊的熱端最高溫度不可超過此上限值,否則將引起開焊等問題,造成溫差發電器無法正常工作。而汽車在實際行駛中,發動機的運行工況一直在變化,造成排氣管的溫度是變化的,從而使溫差發電器熱端溫度不在溫差發電器的安全工作溫度範圍內。為儘可能保證溫差發電器的性能、穩定的輸出電壓、一定的熱應力適應程度及運行壽命,一個解決途徑是維持其熱端的溫度在溫差發電片的安全工作溫度範圍內。
技術實現要素:
本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種採用相變材料的汽車尾氣餘熱溫差發電裝置,該裝置能夠使溫差發電器的熱端溫度維持在溫差發電片的安全工作溫度範圍內。
本發明為解決公知技術中存在的技術問題所採取的技術方案是:一種採用相變材料的汽車尾氣餘熱溫差發電裝置,包括貼合固定在排氣管上的導熱體,在所述導熱體上固定有溫差發電器,所述溫差發電器的熱端貼合在所述導熱體的外表面上,在所述溫差發電器的冷端設有散熱器,在所述導熱體內靠近所述溫差發電器的一側設有相變材料容納腔,在所述相變材料容納腔中填充有相變材料。
在所述相變材料內填充有泡沫金屬。
所述相變材料容納腔採用長方體結構。
在所述導熱體的外表面上貼合有與所述溫差發電器對接的保溫絕熱板。
所述導熱體設有與排氣管貼合的內側圓弧面以及與所述溫差發電器熱端貼合的外側平面;所述散熱器為翅式散熱器,所述翅式散熱器的平面側與所述溫差發電器的冷端貼合,所述翅式散熱器的翅片與汽車長度方向一致。
所述導熱體設有與排氣管貼合的半圓形內側圓弧面,所述導熱體設置在排氣管的下方,所述導熱體的頂端和底端均為平面,所述導熱體採用半圓形抱箍固定在排氣管上,所述溫差發電器的熱端貼合在所述導熱體的底端平面上,在所述導熱體的頂端平面以及周圍表面上均貼合有所述保溫絕熱板。
本發明具有的優點和積極效果是:通過採用在導熱體輸出端設置相變材料,採用相變材料使溫差發電器的熱端溫度維持在一個較為穩定的範圍內,進而大大提高溫差發電器的性能以及輸出電壓的穩定性,並在一定程度上延長了溫差發電器的運行壽命。
附圖說明
圖1為本發明的結構示意圖。
圖中:1、半圓形抱箍,2、排氣管,3、螺釘,4、導熱體,5、保溫絕熱板,6、溫差發電器,7、翅式散熱器,8、相變材料。
具體實施方式
為能進一步了解本發明的發明內容、特點及功效,茲例舉以下實施例,並配合附圖詳細說明如下:
請參閱圖1,一種採用相變材料的汽車尾氣餘熱溫差發電裝置,包括貼合固定在排氣管2上的導熱體4,在所述導熱體4上固定有溫差發電器6,所述溫差發電器6的熱端貼合在所述導熱體4的外表面上,在所述溫差發電器6的冷端設有散熱器7,在所述導熱體內靠近所述溫差發電器7的一側設有相變材料容納腔,在所述相變材料容納腔中填充有相變材料8。
如果相變材料容納腔的結構不恰當可能會引起溫差發電器熱端溫度分布不均勻;溫差發電器熱端溫度會受到相變材料導熱性能的限制。上述兩方面均會導致發電效率低。針對此問題,可通過在一定初始條件和邊界條件下的模擬計算進行優化設計,尋找最優的相變材料容腔結構。例如,可將本實施例中的相變材料容納腔由長方體結構改成三稜柱結構。通過模擬計算,綜合考慮溫度分布和發電效率,選擇最佳的相變材料容納腔結構。為了提高導熱係數,在所述相變材料8內填充有泡沫金屬。為了有效減少熱量損失,提高發電器熱端溫度,進而提高發電效率和功率,在所述導熱體4的外表面上貼合有與所述溫差發電器6對接的保溫絕熱板5。為了提高發電器熱端溫度,提高發電效率和功率,方便溫差發電器6的安裝,所述導熱體4設有與排氣管4貼合的內側圓弧面以及與所述溫差發電器6熱端貼合的外側平面;所述散熱器為翅式散熱器7,所述翅式散熱器7的平面側與所述溫差發電器6的冷端貼合,所述翅式散熱器7的翅片與汽車長度方向一致,有助於汽車行駛中氣流流過翅片的各個換熱面。更加具體的,考慮到安裝空間有限,所述導熱體4設有與排氣管2貼合的半圓形內側圓弧面,所述導熱體4設置在排氣管2的下方,所述導熱體4的頂端和底端均為平面,所述導熱體4採用半圓形抱箍1固定在排氣管2上,所述溫差發電器6的熱端貼合在所述導熱體4的底端平面上,在所述導熱體4的頂端平面以及周圍表面上均貼合有所述保溫絕熱板5,所述導熱體4、保溫絕熱板5和半圓形抱箍1採用螺釘3固接在一起。在本實施例中,所述導熱體4是採用高導熱材料製成的,例如:銅或鋁等。
本發明的工作過程如下:
汽車啟動後,產生高溫汽車尾氣,溫差發電器6隨之進入工作狀態。溫差發電器6的熱端吸收由高導熱材料4傳遞的熱量,冷端通過翅式散熱器7發生強迫對流換熱,將熱量排至空氣中,從而維持冷熱端的溫差。當汽車行駛過程中發動機運行工況發生變化時,排氣管的溫度會隨發動機的運行工況發生變化,從而使高導熱材料4的溫度不斷變化。當高導熱材料4的溫度高於溫差發電器6的安全工作溫度範圍上限時,相變材料8將發生相變,相變過程吸熱,溫度保持基本恆定,使得溫差發電器6的熱端溫度維持在安全工作溫度範圍上限以下。
儘管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述,但是本發明並不局限於上述的具體實施方式,上述的具體實施方式僅僅是示意性的,並不是限制性的,本領域的普通技術人員在本發明的啟示下,在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的範圍情況下,還可以作出很多形式,這些均屬於本發明的保護範圍之內。