三元催化熱電轉換器的製作方法

2023-12-10 08:50:32

專利名稱：三元催化熱電轉換器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種三元催化熱電轉換器，特別是一種利用發動機尾氣廢熱產生的高溫發電並和三元催化裝置設計為一體的三元催化熱電轉換器，屬於汽車製造技術領域。
背景技術：
據有關資料統計，汽車發動機約30%的總能量用於驅動汽車，約30%的總能量被冷卻系統消耗，餘下約40%的總能量都以高溫廢氣的形式由汽車排氣系統排出；普通家用轎車以常速行駛時的能量損失就達2(T30 kW。若對這部分廢氣餘熱加以回收和利用可有效降低汽車的能源消耗，減少對環境的汙染。例如CN201020204766. 9所公開的「一種汽車餘 熱發電裝置」中，就是採用熱電轉換裝置將發動機尾氣中的熱能轉換為電能提供給整車系統，這是發動機廢氣利用的一個具體表現。但這類熱電轉換裝置體積過大、能量利用率低，而且布置方式和安裝均達不到安裝在車內的要求，而且僅僅解決了溫差發電這一項問題。而本三元催化熱電轉換器將三元催化器和溫差發電系統進行一體化設計，使新結構同時具有催化淨化和溫差發電的功能。這樣一方面能最大限度地利用汽車尾氣的熱能、節約布置空間並有效降低汽車排氣系統背壓，減小溫差發電系統對發動機動力性和經濟性的影響，另一方面也解決了溫差發電系統對三元催化器工作溫度影響問題。
發明內容本實用新型的目的是提供一種空間利用率高、能量利用率大、散熱性好、穩定性高、發電效率高的三元催化熱電轉換器。為實現上述目的，本實用新型的技術方案是一種三元催化熱電轉換器包括一個中空的並具有進氣口和出氣口的正六邊形殼體，靠殼體的進氣口處一段距離裝有氧傳感器和溫度傳感器，氧傳感器與第I控制器相連，溫度傳感器與第2控制器相連，其殼體內部填充有三元催化器的催化載體(蜂窩陶瓷載體)、三元催化劑(Pt)、三元催化器襯墊，殼體外表面依次覆蓋著熱電模塊、長條形水箱及薄壁圓筒，所述的長條形水箱的進水口和出水口與汽車冷卻系統相通並形成循環閉路，所述的薄壁圓筒通過螺母螺栓夾緊固定熱電模塊和長條形水箱。本實用新型中，所述的熱電模塊的熱端與殼體外表面接觸，熱電模塊的冷端與長條形水箱接觸，正六邊形殼體每一邊的熱電模塊按照矩陣的形式串聯，然後再並聯起來構成熱電模塊組。本實用新型中，所述的溫度傳感器輸出端與第2控制器輸入端相連，第2控制器輸出端和控制開關輸入端相連，其控制開關輸出端與汽車蓄電池的電極相連，熱電模塊組電極連接汽車蓄電池的電極。本實用新型中，汽車發動機的廢氣出口與三元催化熱電轉換器殼體的進氣口相通；汽車後消聲器的進氣口與三元催化熱電轉換器殼體的出氣口相通。[0008]本實用新型中，所述的熱電模塊的額定最高溫度380°C，最低工作溫度也不能低於200。。。本實用新型將三元催化器和溫差發電系統進行一體化設計，這種結構同時具有催化淨化和溫差發電的功能。本實用新型在熱電模塊冷端設有長條形水箱，並與發動機冷卻系統相通且形成閉路循環，不需要單獨建立新的冷卻系統，而且冷卻效果好。殼體外部的固定裝置薄壁圓筒既能對熱電模塊和長條形水箱進行位置的固定和夾緊，又能保護三元催化熱電轉換器不暴露在外，耐久性極高。由於三元催化熱電轉換器表面溫度的不均勻性，每塊熱電模塊所發出的電量差距會有所區別，若單純將熱電模塊串聯或並聯起來，會影響到熱電模塊組整體的發電功率和熱電模塊的使用壽命。所述的正六邊形殼體每一邊表面的熱電模塊按照矩陣的形式串聯， 然後再並聯起來組成熱電模塊組。由於三元催化器中的HC (碳氫化合物)和CO發生氧化反應能放出大量的熱，三元催化熱電轉換器的正六邊形殼體表面溫度會有所上升，進而提高了熱電模塊熱端溫度，力口大了模塊兩端的溫差，進而提升了每個熱電模塊的發電量，同時也降低了背壓，提升了發動機的性能，降低了機動車的燃油消耗。氧傳感器和溫度傳感器安裝在排氣管內，氧傳感器反映發動機內空燃比的大小，ECU (行車電腦)會據此判斷空燃比是否偏離理論數值，然後調節噴油量，使實際空燃比在理論空燃比上下浮動。溫度傳感器監控排氣管內溫度，是否超過熱電模塊的高溫端上下限，當溫度傳感器顯示溫度低於200°C或者高於380°C時，第I控制器控制開關，斷開汽車蓄電池的電極和熱電模塊的電極。本實用新型結構簡單合理，布置容易汽車廢氣出口與三元催化熱電轉換器的進氣口相通；汽車後消聲器的進氣口與三元催化熱電轉換器殼體的出氣口相通；汽車冷卻系統與三元催化熱電轉換器冷卻水箱裝置相通並形成閉路循環；汽車蓄電池的電極與熱電模塊元件的電極相連。固定裝置薄壁圓筒不僅對模塊和水箱進行了夾緊固定，使得熱電模塊兩端分別與熱冷端更好的接觸，提升發電量，而且保護了本應暴露在外的熱電模塊和水箱，耐久性高、穩定性好、使用壽命長。本實用新型結構簡練緊湊，容易安裝。充分利用了發動機的尾氣廢熱和三元催化過程中氧化還原反應的放熱進行溫差發電，降低了發動機的背壓，提升了發動機的性能；降低了油耗，提升了汽車的燃油經濟性；降低了三元催化熱電轉換器的佔有空間和成本，提升了汽車廢熱的利用率。

圖I是本實用新型三元催化熱電轉換器的外部結構示意圖圖2是本實用新型三元催化熱電轉換器去掉固定裝置薄壁圓筒的內部結構示意圖圖3是本實用新型三元催化熱電轉換器與機動車其他設備裝置的結構框圖。圖中1_進氣口，2-出氣口，3-殼體，4-熱電模塊，5-長條形水箱，6-進水口，7-出水口，8-螺母螺栓，9-薄壁圓筒，10-氧傳感器，11-溫度傳感器，12-第I控制器，13-第2控制器，14-開關，15-汽車蓄電池。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的原理、工作過程和具體實施方式
作進一步的說明。如圖I和圖2所示，本實用新型三元催化熱電轉換器的實例包括一個內空的並具有進氣口 I和出氣口 2的正六邊形殼體3，其殼體3的進口處小段距離裝有氧傳感器10和溫度傳感器11，氧傳感器10連有第I控制器12，溫度傳感器11連有第2控制器13，殼體3內部填充有三元催化器的催化載體(蜂窩陶瓷載體)、三元催化劑(Pt)、三元催化器襯墊，殼體3外表面每一邊上都裝有熱電模塊4,正六邊形殼體3表面每一邊的熱電模塊4按照矩陣的形式串聯，然後再並聯起來組成熱電模塊組。熱電模塊4的熱端與殼體3外表面接觸，熱電模塊4的另一端(冷端)覆蓋有長條形水箱5，長條形水箱5通過進水口 6和出水口 7與 汽車冷卻系統相通並形成閉路循環。一個薄壁圓筒9包裹住殼體3、熱電模塊4和長條形水箱5，殼體3外表面每一邊的長條形水箱用六個螺母螺栓8進行壓緊固定，螺母螺栓8分別位於前段、中段和末段。溫度傳感器11顯示溫度低於20(TC或者高於380°C時，第2控制器13控制開關14,斷開汽車蓄電池15的電極和熱電模塊4電極,提升催化效率。正六邊形殼體3每一邊的熱電模塊4按照矩陣的形式串聯，然後再並聯起來組成熱電模塊組，同時也可避免磁場的幹擾。氧傳感器10安裝在排氣管內，氧傳感器10反映發動機內空燃比的大小，ECU會據此判斷空燃比是否偏離理論數值，然後調節噴油量，使實際空燃比在理論空燃比上下浮動。如圖1，2，3所示，應用本三元催化熱電轉換器的汽車的結構如下汽車廢氣出口與三元催化熱電轉換器殼體3的進氣口I相通；汽車後消聲器的進氣口與三元催化熱電轉換器殼體3的出氣口 2相通；氧傳感器10和溫度傳感器11置於三兀催化熱電轉換器前端的排氣管內；汽車冷卻系統與三元催化熱電轉換器長條形水箱5相通並形成閉路循環；汽車蓄電池15的電極與熱電模塊4的電極相連。整車行駛時，發動機工作產生大量廢氣，通過進氣口 I進入該三元催化熱電轉換器中，內部催化載體和催化劑將廢氣進行淨化並放熱，熱電模塊4 一面與殼體3接觸，另一面與從進水口 6引入的發動機冷卻系統的冷卻水的長條形水箱5接觸，兩者產生溫差，熱電模塊4產生電能提供給整車用電設備及發動機蓄電池。經過三元催化熱電轉換器加熱的發動機冷卻水經出水口 7重新回到發動機冷卻系統進行循環，從出氣口 2排出的氣體進入消聲器等其他整車設備當中。溫度傳感器11顯示的排氣管內最高工作溫度不能超過熱電模塊4的額定最高溫度380°C，最低工作溫度也不能低於200°C，否則，第2控制器13立即斷開開關，斷開汽車蓄電池15的電極和熱電模塊4電極。
權利要求1.一種三元催化熱電轉換器，其特徵是，它包括一個中空的並具有進氣口(I)和出氣口( 2 )的正六邊形殼體(3 )，靠殼體(3 )的進氣口處一段距離裝有氧傳感器(10 )和溫度傳感器(11)，氧傳感器(10)與第I控制器(12)相連，溫度傳感器(11)與第2控制器(13)相連，殼體(3)內部填充有三兀催化器的催化載體、三兀催化劑、三兀催化器襯墊,殼體(3)外表面依次覆蓋著熱電模塊(4)、長條形水箱(5)及薄壁圓筒(9)，長條形水箱(5)的進水口(6)和出水口(7)與汽車冷卻系統相通並形成循環閉路，薄壁圓筒(9)通過螺母螺栓(8)夾緊固定熱電模塊(4)和長條形水箱(5)。
2.根據權利要求I所述的三元催化熱電轉換器，其特徵在於，所述熱電模塊(4)的熱端與殼體(3 )外表面接觸，熱電模塊(4)的冷端與長條形水箱(5 )接觸，正六邊形殼體(3 )每一邊的熱電模塊(4)按照矩陣的形式串聯，然後再並聯起來組成熱電模塊組。
3.根據權利要求I或2所述的三元催化熱電轉換器，其特徵在於，溫度傳感器(11)輸出端與第2控制器(13)輸入端相連，第2控制器(13)輸出端和控制開關(14)輸入端相連，控制開關(14)輸出端與汽車蓄電池(15)的電極相連，熱電模塊組電極連接汽車蓄電池(15)的電極。
4.如權利要求I所述的三元催化熱電轉換器，其特徵在於汽車發動機的廢氣出口與三元催化熱電轉換器殼體的進氣口(I)相通；汽車後消聲器的進氣口與三元催化熱電轉換器殼體的出氣口(2)相通。
5.如權利要求I所述的三元催化熱電轉換器，其特徵在於所述的三元催化器的催化載體為蜂窩陶瓷載體。
6.如權利要求I所述的三元催化熱電轉換器，其特徵在於所述的熱電模塊的額定最高溫度380°C，最低工作溫度也不能低於200°C。
專利摘要一種三元催化熱電轉換器。包括一個中空的並有進氣口和出氣口的正六邊形殼體，殼體的進氣口處一段距離裝有氧傳感器和溫度傳感器，氧傳感器與第1控制器相連，溫度傳感器與第2控制器相連，殼體內部填充有催化載體、三元催化劑、三元催化器襯墊，殼體外表面依次覆蓋著熱電模塊、長條形水箱及薄壁圓筒，水箱的進水口和出水口與汽車冷卻系統相通並形成循環閉路，薄壁圓筒通過螺母螺栓夾緊固定熱電模塊和長條形水箱。汽車廢氣出口與該轉換器進氣口相通;汽車後消聲器進氣口與殼體出氣口相通；汽車蓄電池電極與熱電模塊電極相連；第2控制器控制開關，控制汽車蓄電池的電極和熱電模塊的電極。本轉換器空間利用率高、能量利用率大、散熱性好、性能穩定。
文檔編號H02N11/00GK202718733SQ20122028720
公開日2013年2月6日 申請日期2012年6月19日 優先權日2012年6月19日
發明者鄧亞東, 劉珣, 謝蛟龍, 佟乃強, 陳珊, 楊小慶, 鎮新 申請人:武漢理工大學