內(nèi)燃機尾氣廢熱回電裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種內(nèi)燃機尾氣廢熱回電裝置，包括換熱器、熱電發(fā)電組件、水冷板、緊定箍、高溫板、進(jìn)氣錐、出氣錐、連接法蘭、外殼體。其中內(nèi)燃機尾氣經(jīng)排氣管從與法蘭連接的進(jìn)氣錐輸入，經(jīng)過換熱器內(nèi)的集熱裝置時廢氣中的部分熱量被集熱裝置收集并通過集熱裝置內(nèi)的傳熱介質(zhì)傳導(dǎo)至安裝在熱電發(fā)電組件一端的高溫板，熱電發(fā)電組件的另一面由內(nèi)通冷卻水的水冷板冷卻，高溫板和水冷板之間產(chǎn)生溫度差，熱電發(fā)電組件在存在溫度差情況下即可產(chǎn)生電量充電。發(fā)明的內(nèi)燃機尾氣廢熱回電裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、制造組裝方便、發(fā)電效率高的特點。
【專利說明】內(nèi)燃機尾氣廢熱回電裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種溫差發(fā)電裝置，特別涉及內(nèi)燃機尾氣廢熱回電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]廢熱溫差發(fā)電是將內(nèi)燃機尾氣余熱等低品位能源轉(zhuǎn)換為電能的有效方式，目前汽車尾氣廢熱回收利用的方式有多種，按照其使用用途來劃分，大致有制冷空調(diào)、廢熱發(fā)電、廢熱取暖、改良燃料、廢氣渦輪增壓等方式。近些年，美國、日本以及歐盟各發(fā)達(dá)國家在利用熱電發(fā)電機回收汽車尾氣廢熱方面的投入逐漸加大，如美國hz公司早在1990年已開發(fā)了熱電發(fā)電組件樣機，日本Nissan公司也于1998年設(shè)計了熱電發(fā)電機樣機，2004年美國Clarkson大學(xué)也發(fā)明了的熱電發(fā)電機樣機。其中，美國H1-Z公司的Bass等基于一輛重載汽車的柴油發(fā)動機Cummins H-14設(shè)計的一臺熱電發(fā)電機樣機的最大發(fā)電功率超過IkW ；美國Clarkson大學(xué)Thacher等在美國能源部和NYSERDA的支持下與德爾福公司共同研制的一臺熱電發(fā)電機樣機可通過回收尾氣廢熱發(fā)電實現(xiàn)提高整車燃油經(jīng)濟性廣2% ;日本Nissan汽車公司研究中心研制的一種排氣溫差發(fā)電器可以回收11%的熱量；西班牙研制的排氣溫差發(fā)電器可以收37%的熱量。
[0003]國內(nèi)也開展了對汽車尾氣余熱收集的相關(guān)研究，目前該技術(shù)仍然處于一個初級階段，之前熱電發(fā)電技術(shù)的研究主要集中于一些熱電基礎(chǔ)理論以及熱電材料方面。從2009年，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所與上海汽車集團股份有限公司技術(shù)研究中心在國家973重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃專項資金的資助下，共同啟動了一項熱電技術(shù)在汽車尾氣回收的新項目。汽車的動力轉(zhuǎn)換效率僅40%左右，燃油中有多達(dá)60%左右的能量沒有得到有效利用，若將這些能量的10%利用起來，將定會帶來良好的社會效益和可觀的經(jīng)濟效益，但從已報道的研究成果來看，目前技術(shù)還不成熟，仍有很長的路要走。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的，在于提供一種應(yīng)用賽貝克效應(yīng)，利用汽車尾氣廢熱進(jìn)行發(fā)電，從而提高內(nèi)燃機的能量利用效率的內(nèi)燃機尾氣廢熱回電裝置。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種內(nèi)燃機尾氣廢熱回電裝置，一種內(nèi)燃機尾氣廢熱回電裝置，包括進(jìn)氣錐、廢熱回電部件組、出氣錐；所述廢熱回電部件組一端的殼體連接所述進(jìn)氣錐，所述廢熱回電部件組另一端的殼體連接所述出氣錐；所述進(jìn)氣錐進(jìn)氣口處設(shè)有大端法蘭，所述大端法蘭與汽車排氣系統(tǒng)前端連接；所述出氣錐出氣口處設(shè)有小端法蘭，所述小端法蘭與排氣系統(tǒng)后端連接；所述廢熱回電部件組內(nèi)部自上而下依次為水冷板、熱電發(fā)電組件、高溫板、換熱器；所述水冷板通過冷卻水管接頭與外部水箱連通；所述熱電發(fā)電組件的上下面分別與所述水冷板、所述高溫板緊密貼合；所述高溫板安裝在所述換熱器外表面，所述高溫板通過換熱介質(zhì)管接頭與換熱介質(zhì)儲存裝置連通；所述換熱器內(nèi)部為集熱裝置。該裝置總體上具有結(jié)構(gòu)簡單、制造組裝方便、發(fā)電效率高的特點。
[0006]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述進(jìn)氣錐與所述出氣錐均為薄壁錐殼體并與所述殼體焊接，所述進(jìn)氣錐進(jìn)氣口與所述大端法蘭焊接，所述出氣錐出氣口與所述小端法蘭焊接；所述冷卻水管接頭包括一個進(jìn)口和一個出口，所述冷卻水管接頭的進(jìn)口和出口分別位于所述水冷板同一側(cè)面的兩端；所述換熱介質(zhì)管接頭包括一個進(jìn)口和一個出口，所述換熱介質(zhì)管接頭的進(jìn)口和出口分別位于所述高溫板同一側(cè)面的兩端；所述水冷板上表面扣有所述緊定箍，所述緊定箍上有螺絲鎖緊在所述外殼上，所述水冷板內(nèi)部為進(jìn)出端口焊有接頭的蛇形管道，所述蛇形管道為一體鑄造，上述改進(jìn)結(jié)構(gòu)簡單、制造組裝方便。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述熱電發(fā)電組件為溫差發(fā)電組件，由單個熱電發(fā)電片組成，采用三片熱電發(fā)電片串聯(lián)為一組，然后三組并聯(lián)的方式連接成為一個矩形平面；所述熱電發(fā)電組件低溫面緊密貼合所述水冷板，所述熱電發(fā)電組件高溫面與所述高溫板緊密貼合，該改進(jìn)有利于熱電發(fā)電組件提高發(fā)電能力。
[0008]進(jìn)一步改進(jìn)，所述換熱器的截面為長方形，所述換熱器內(nèi)部的集熱裝置由銅板構(gòu)成，內(nèi)部為蛇形管道，外部與尾氣接觸部分有吸熱涂層，所述集熱裝置與尾氣流動方向平行均勻分布，并與所述換熱器內(nèi)壁焊接，該改進(jìn)有利于集熱裝置充分的吸收內(nèi)燃機廢熱。
[0009]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明的汽車廢氣余熱溫差發(fā)電裝置，汽車廢氣從進(jìn)氣錐輸入，經(jīng)過換熱器時廢氣中的部分余熱由換熱器內(nèi)的集熱裝置吸收并通過集熱裝置內(nèi)的換熱介質(zhì)傳遞至安裝在換熱器外表面的高溫板，熱電發(fā)電組件的低溫端與水冷板緊密貼合，即熱電片熱端被高溫板加熱，低溫端被水冷板冷卻，因此熱電發(fā)電組件熱端冷端產(chǎn)生溫度差，從而產(chǎn)生電量。發(fā)明的內(nèi)燃機尾氣廢熱回電裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、制造組裝方便、發(fā)電效率高的特點。另外，通過內(nèi)燃機尾氣廢熱回電裝置為車載電池充電，充分提高了內(nèi)燃機能源的利用率，降低了整車油耗，提高了燃油經(jīng)濟性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明內(nèi)燃機廢熱回電裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2是本發(fā)明內(nèi)燃機廢熱回電裝置的橫截面圖。
[0012]圖3是本發(fā)明內(nèi)燃機廢熱回電裝置中換熱器內(nèi)的集熱裝置示意圖。
[0013]圖中:1-大端法蘭、2-進(jìn)氣錐、3-出氣錐、4-水冷板、5-熱電發(fā)電組件、6_高溫板、7-換熱器、8-集熱裝置、9-緊定箍、10-換熱介質(zhì)管接頭、11-冷卻水管接頭、12-殼體、
13-小端法蘭、14-吸熱涂層。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步闡明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0015]如圖廣3所示，一種內(nèi)燃機尾氣廢熱回電裝置，包括:進(jìn)氣錐2、廢熱回電部件組、出氣錐3 ;所述廢熱回電部件組一端的殼體12連接所述進(jìn)氣錐2，所述廢熱回電部件組另一端的殼體12連接所述出氣錐3 ;所述進(jìn)氣錐2進(jìn)氣口處設(shè)有大端法蘭1，所述大端法蘭I與汽車排氣系統(tǒng)前端連接，所述進(jìn)氣錐2另一端直接與換熱器7前端連接；所述出氣錐3 —端直接與換熱器7后端連接，所述出氣錐3出氣口處設(shè)有小端法蘭13，所述小端法蘭13與汽車排氣系統(tǒng)后端連接，此外，上述進(jìn)氣錐2與出氣錐3均為薄壁錐殼體并與所述殼體12焊接，進(jìn)氣錐2進(jìn)氣口與所述大端法蘭I焊接，出氣錐3出氣口與小端法蘭13焊接。
[0016]所述廢熱回電部件組外部包括冷卻水管接頭11、換熱介質(zhì)管接頭10、殼體12 ;所述廢熱回電部件組內(nèi)部自上而下依次為水冷板4、熱電發(fā)電組件5、高溫板6、換熱器7 ;所述水冷板4通過所述冷卻水管接頭11與外部水箱連通，所述冷卻水管接頭11包括一個進(jìn)口和一個出口，分別位于所述水冷板4同一側(cè)面的兩端；所述熱電發(fā)電組件5的上下面分別與水冷板4、高溫板6緊密貼合；所述高溫板6安裝在換熱器7外表面，所述高溫板6通過所述換熱介質(zhì)管接頭10與換熱介質(zhì)儲存裝置連通，所述換熱介質(zhì)管接頭10包括一個進(jìn)口和一個出口，分別位于所述高溫板6同一側(cè)面的兩端；所述換熱器7內(nèi)部為集熱裝置8。
[0017]進(jìn)一步的，所述水冷板4上表面扣有所述緊定箍9，所述緊定箍9上有螺絲鎖緊在外殼12上，所述水冷板4內(nèi)部為進(jìn)出端口焊有接頭的蛇形管道，為一體鑄造；所述熱電發(fā)電組件5為溫差發(fā)電組件，采用美國HZ公司的HZ-20熱電發(fā)電組件，由單個熱電發(fā)電片組成，采用三片熱電發(fā)電片串聯(lián)為一組，然后三組并聯(lián)的方式連接成為一個矩形平面；所述發(fā)電組件5低溫面緊密貼合所述水冷板4，所述熱電發(fā)電組件5高溫面與所述高溫板6緊密貼合；所述換熱器7的截面為長方形；所述集熱裝置8由銅板構(gòu)成，內(nèi)部為蛇形管道，外部與尾氣接觸部分有吸熱涂層，所述集熱裝置8與尾氣流動方向平行均勻分布，并與所述換熱器7內(nèi)壁焊接。
[0018]本發(fā)明的工作原理結(jié)合圖1、圖2、說明如下:
汽車廢氣通過進(jìn)氣錐2進(jìn)入換熱器7的內(nèi)部，廢氣中的部分余熱被換熱器7內(nèi)集熱裝置8收集并通過集熱裝置8內(nèi)部的換熱介質(zhì)傳遞至安裝在換熱器7外部的高溫板6上，熱電發(fā)電組件5兩面分別與高溫板6、水冷板4緊密貼合，水冷板4內(nèi)部有冷卻水通過，其冷卻水由水箱提供，換熱介質(zhì)由換熱介質(zhì)儲存裝置提供，汽車廢氣在通過集熱管后由出氣錐進(jìn)入汽車排氣系統(tǒng)。而熱電發(fā)電組件5熱端被高溫板6加熱，冷端被水冷板4冷卻，因此熱電發(fā)電組件5熱端冷端產(chǎn)生溫度差，從而產(chǎn)生位差電動勢，最終實現(xiàn)發(fā)電的目的。發(fā)明的內(nèi)燃機尾氣廢熱回電裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、制造組裝方便、發(fā)電效率高的特點。另外，通過內(nèi)燃機尾氣廢熱回電裝置為車載電池充電，充分提高了內(nèi)燃機能源的利用率，降低了整車油耗，提高了燃油經(jīng)濟性。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)燃機尾氣廢熱回電裝置，其特征在于:包括進(jìn)氣錐(2)、廢熱回電部件組、出氣錐(3);所述廢熱回電部件組一端的殼體(12)連接所述進(jìn)氣錐(2)，所述廢熱回電部件組另一端的殼體(12 )連接所述出氣錐(3 ); 所述進(jìn)氣錐(2)進(jìn)氣口處設(shè)有大端法蘭(I )，所述大端法蘭(I)與汽車排氣系統(tǒng)前端連接；所述出氣錐(3)出氣口處設(shè)有小端法蘭(13)，所述小端法蘭(13)與排氣系統(tǒng)后端連接； 所述廢熱回電部件組內(nèi)部自上而下依次為水冷板(4)、熱電發(fā)電組件(5)、高溫板(6)、換熱器(7);所述水冷板(4)通過冷卻水管接頭(11)與外部水箱連通；所述熱電發(fā)電組件(5)的上下面分別與所述水冷板(4)、所述高溫板(6)緊密貼合；所述高溫板(6)安裝在所述換熱器(7 )外表面，所述高溫板(6 )通過換熱介質(zhì)管接頭(10 )與換熱介質(zhì)儲存裝置連通；所述換熱器(7)內(nèi)部為集熱裝置(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機尾氣廢熱回電裝置，其特征在于:所述進(jìn)氣錐(2)與所述出氣錐(3)均為薄壁錐殼體并與所述殼體(12)焊接，所述進(jìn)氣錐(2)進(jìn)氣口與所述大端法蘭(I)焊接，所述出氣錐(3)出氣口與所述小端法蘭(13)焊接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機尾氣廢熱回電裝置，其特征在于:所述冷卻水管接頭(11)包括一個進(jìn)口和一個出口，所述冷卻水管接頭(11)的進(jìn)口和出口分別位于所述水冷板(4)同一側(cè)面的兩端；所述換熱介質(zhì)管接頭(10)包括一個進(jìn)口和一個出口，所述換熱介質(zhì)管接頭(10)的進(jìn)口和出口分別位于所述高溫板(6)同一側(cè)面的兩端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的內(nèi)燃機尾氣廢熱回電裝置，其特征在于:所述水冷板(4)上表面扣有所述緊定箍(9)，所述緊定箍(9)上有螺絲鎖緊在所述外殼(12)上，所述水冷板(4)內(nèi)部為進(jìn)出端口焊有接頭的蛇形管道，所述蛇形管道為一體鑄造。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機尾氣廢熱回電裝置，其特征在于:所述熱電發(fā)電組件(5)為溫差發(fā)電組件，由單個熱電發(fā)電片組成，采用三片熱電發(fā)電片串聯(lián)為一組，然后三組并聯(lián)的方式連接成為一個矩形平面；所述熱電發(fā)電組件(5)低溫面緊密貼合所述水冷板(4)，所述熱電發(fā)電組件(5)高溫面與所述高溫板(6)緊密貼合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機尾氣廢熱回電裝置，其特征在于:所述換熱器(7)的截面為長方形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的內(nèi)燃機尾氣廢熱回電裝置，其特征在于:所述換熱器(7)內(nèi)部的所述集熱裝置(8)由銅板構(gòu)成，內(nèi)部為蛇形管道，外部與尾氣接觸部分有吸熱涂層，所述集熱裝置(8 )與尾氣流動方向平行均勻分布，并與所述換熱器(7 )內(nèi)壁焊接。
【文檔編號】H02N11/00GK103993938SQ201410199795
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】汪若塵, 葉青, 謝健, 孫澤宇, 陳龍 申請人:江蘇大學(xué)