CN102769414A - 一种圆形汽车尾气半导体热电发电机 - Google Patents

Abstract

一种圆形汽车尾气半导体热电发电机，该热电发电机由热电模块（3）、带外缘凸起的集热器（4）、散热器（8）、石墨纸（2）、稳压变压器（5）所组成；带外缘凸起的集热器（4）的内孔套锁在圆形尾气排放管道（1）外壁上，带外缘凸起的集热器4的凸起部分上两侧分别固定有热电模块（3），热电模块（3）的冷热面均贴有石墨纸（2），热电模块（3）的热面通过石墨纸（2）与集热器4的凸起部分贴合，热电模块（3）的冷面通过石墨纸（2）与散热器（8）贴合，热电模块（3）通过稳压变压器接入汽车供电系统。该发电半导体发电装置耐温达400℃，提供的电压稳、功率大、免维护、寿命长、结构简单、使用方便的特点。适用于汽车尾气余热利用。

Description

一种圆形汽车尾气半导体热电发电机

技术领域    

本发明涉及一种圆形汽车尾气半导体热电发电机，属于半导体热电发电技术领域。

背景技术    

随着全球经济的高速发展，汽车产量不断提高，汽车尾气对环境的污染日趋严重。据研究表明，汽车发动机动力输出占燃油燃烧总热量的25％—42％，其余以废热形式从冷却水和尾气等中排出。发动机尾气的余热具有温度高的特点，其所含的热量在浪费的能量中占主要部分。若能将尾气中的热能转变为其他可利用的能量形式，例如电能，就可以有效提高能源的使用效率，在节约能源的同时减小了尾气污染。现有的汽车尾气发电装置由于热电器件本身和装置结构等多方面原因，不能适应汽车尾气的高温工作条件，并且频繁的热胀冷缩极大的导致了装置的不稳定性，严重制约了汽车尾气发电装置的实际应用和推广。而圆形汽车尾气半导体热电发电机能够克服以上困难，提供一种将汽车尾气余热有效的转化成电能、以提高尾气余热能源利用率的办法。

发明内容    

本发明的目的是，根据现有汽车尾气发电存在的问题，本发明利用半导体热电发电技术，公开一种能够适应汽车尾气的高温和频繁热胀冷缩的工作环境，安装简易尽可能保留原车结构的汽车尾气发电装置，将汽车排放出的高温尾气中的热能通过半导体热电发电机直接转化成电能，提供给汽车使用。

本发明的技术方案是，由汽车尾气提供热源，在不改变尾气管结构的前提下，将圆形热电发电机锁在圆形尾气排放管道外壁上，带有凸起的环状集热器紧贴排气管外壁起到集热和导热的作用，两组热电模块分别安装在集热器的凸起部分的两侧，热电模块热面不与排气管水平接触以减少排气管热胀冷缩带来的不稳定性和瞬时过高温度烧坏热电模块的影响，热电模块的冷热面均贴有石墨纸，热电模块的热面通过石墨纸与带外缘凸起的集热器的凸起部分贴合，热电模块的冷面通过石墨纸与水冷散热器贴合，提供足够的温差用来发电，水冷散热器对锁固定住热电模块，热电模块之间通过引线连接后接稳压变压统后接入汽车供电系统电路中。

本发明热电发电机由热电模块3、带外缘凸起的集热器4、散热器8、石墨纸2、稳压变压器5所组成；带外缘凸起的集热器4的内孔套锁在圆形尾气排放管道1外壁上，带外缘凸起的集热器4的凸起部分两侧分别固定有热电模块3，热电模块3的冷热面均贴有石墨纸2，热电模块3的热面通过石墨纸2与带外缘凸起的集热器4的凸起部分两侧贴合，热电模块3的冷面通过石墨纸2与散热器8平面贴合，热电模块3通过引线9连接稳压变压器5后，接入汽车供电系统。

所述带外缘凸起的集热器为铝制带凸起的圆筒形状，圆筒的截面与凸起部分均与排气管截面为同心圆。凸起部分在圆形套筒外缘中心，凸起部分垂直于圆筒状集热器轴线，剖视为一个类“T”字型，能够有效的收集和传递热能。

水循环散热器为圆形铝制回字形截面散热器，通过接入汽车自带的水冷系统工作；二个圆形铝制回字形截面散热器套装在带凸起的集热器的凸起部分外侧，二个圆形铝制回字形截面散热器的平面部分分别与带集热器外缘凸起部分两侧上的热电模块的冷面接触，散热器通过对锁将两组热电模块锁在集热器的外缘凸起部分上。

热电模块冷热两面陶瓷板贴有石墨纸，贴有石墨纸的热电模块和冷面分别紧贴于带外缘凸起的集热器壁的外侧和散热器的内壁；当汽车启动排放尾气后，紧贴尾气管道的带外缘凸起的集热器温度迅速上升，并将热量传导给热电模块，由于热电模块本身热传导能力低下且热电模块的另一面与散热器紧密贴合，接入汽车自带水冷系统的散热器迅速将该面的温度散出去，这样，热电模块的两个面很快形成了温差，当温差达到一定时，热电模块即产生电压，电压通过稳压变压系统接入汽车供电系统供电。

本发明与现有技术比较的有益效果在于，热电模块热面不与排气管水平接触以减少排气管热胀冷缩带来的不稳定性和瞬时过高温度烧坏热电模块的影响。发电机为圆形结构，可基本做到不改变汽车底盘构造而根据尾气管结构简便设计大小和数量提供需要的电力并且方便安装。只要汽车发动机开始工作，就能将排放出的高温尾气中的大量热量稳定的转换为电能，以实现给汽车供电，提高汽车燃油利用率和减少尾气排放。该发电装置提供的电压稳定、功率及能量比高、无运动部件、无需维护、寿命长、结构简单、经济适用、使用方便。

本发明可用于汽车尾气余热发电，也可用于类似的余热利用。

附图说明    

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的左半剖视图；

图中：1是汽车尾气排放管道；2是石墨纸；3是热电模块；4是具有外缘凸起的集热器；5是稳压变压器；6是冷却水出水口；7是冷却水进水口；8是水循环散热器；9是引线。

具体实施方式

现结合附图和实施例对本发明作进一步说明，参见图1、图2和图3，一种圆形汽车尾气半导体热电发电机，带外缘凸起的集热器4的凸起部分两侧固定有两组热电模块3，热电模块3的冷热面均贴有石墨纸2，热电模块3的热面通过石墨纸2与带外缘凸起的集热器4的壁贴合，热电模块3的冷面通过石墨纸2与散热器8贴合，热电模块3通过引线9连接稳压变压器5后，接入汽车供电系统。

所述带外缘凸起的集热器4为铝制带外缘凸起的圆筒形集热器，圆筒的截面与外缘凸起部分均与排气管1截面为同心圆。凸起部分在圆形套筒外缘中心，凸起部分垂直于圆筒状集热器4轴线，剖视为一个类“T”字型，能够有效的收集和传递热能。

水循环散热器8为圆形铝制回字形截面散热器，通过接入汽车自带的水冷系统工作；二个圆形铝制回字形截面散热器8套装在带凸起的集热器4的外缘凸起部分外侧，二个圆形铝制回字形截面散热器8的平面部分分别与带集热器4外缘凸起部分两侧上的热电模块3的冷面接触，散热器8通过对锁将两组热电模块3锁在集热器4的外缘凸起部分上。

热电模块3冷热两面陶瓷板贴有石墨纸2，贴有石墨纸2的热电模块3的冷热面分别紧贴于带外缘凸起的集热器4的凸起部分和散热器8上；当热电发电机安装完毕于汽车尾气排放管道1，汽车开始发动排放高温尾气，紧贴汽车尾气排放管道1的带凸起的集热器4的温度迅速上升，并将热量传导给热电模块3，由于热电模块3的另一面与散热器8紧密贴合，散热器8迅速将该面的温度传导给其内部的冷却水，冷却水通过汽车自带水冷系统循环，这样，热电模块3的两个面很快形成了温差，当温差达到一定时，热电模块3即产生电压，电压通过稳压变压器5再接入汽车供电系统以供汽车使用。

实施例：圆形汽车尾气半导体热电发电装置的集热器4设计成带外缘凸起的圆筒形，由导热系数高的铝合金制作，带外缘凸起的集热器4的内孔紧贴汽车排气管1，能稳定的吸收热源的热量。

本发明的热电模块3的冷热面陶瓷板贴高热导石墨纸2，热面石墨纸2与带凸起的集热器4紧贴，热电模块热面不与排气管水平接触以减少排气管热胀冷缩带来的不稳定性和瞬时过高温度烧坏热电模块的影响，冷面石墨纸2与散热器8紧贴，冷热面平行，带外缘凸起的集热器4、散热器8与热电模块3平行，与热源垂直，其热电半导体发电模块3为耐高温稳定Bi2Te3基商用热电模块3，热面耐温达380℃，冷面耐温达200℃。

热电模块3设计为多片TEHP-00816-0.03的热电组件组成，每片TEHP-00816-0.03的大小为16mm×16mm×4.75mm，由8对粒子3mm×3mm×3.2mm的粒子制成。热电模块3的冷、热面分别贴高导热石墨纸2来实现与散热器8和带外缘凸起的集热器4之间的无缝连接，保证了热电模块3与带外缘凸起的集热器4和散热器8之间良好的导热和在反复使用过程中热传导效率不变。同时该器件为耐高温稳定Bi2Te3基商用热电模块3，热面耐温达380℃、冷面耐温达200℃；能在汽车尾气为热源下带外缘凸起的集热器4温度为300-400℃、冷端60-80℃条件下稳定工作。

本发明的散热器8为铝制回字形截面圆形散热器，通过接入汽车自带的水冷系统工作。当热电半导体发电装置工作时，热电模块3的二个面很快形成了温差，当温差达到一定时，热电模块3即产生电压，电压通过稳压变压器5，紧贴散热器8的热电模块3冷面的温度能稳定在60-80℃左右。热电模块3的热量通过热电模块3本身扩散的热量很小，而采用接入汽车水冷系统将半导体热电发电模块3冷面的热量散发出去，才能使冷面的温度稳定60-80℃左右，从而在热电发电模块3的两端面产生稳定的温度差来发电。

本发明适用于利用汽车尾气余热发电的情况，给汽车供电。汽车本省提供一种300-400℃宽温度范围的热源，将尾气热电半导体发电机安装于尾气排放管道上，带外缘凸起的集热器就能稳定的将热量传递到热电模块的热面，接入汽车水冷系统的散热器贴在热电模块的冷面将散热器散发出去，利用热电模块冷、热面的恒定温度差来提供稳压电源，同时给汽车供电。

Claims (7)

1.一种圆形汽车尾气半导体热电发电机，其特征在于，所述热电发电机由热电模块（3）、带外缘凸起的集热器（4）、散热器（8）、石墨纸（2）、稳压变压器（5）所组成；带外缘凸起的集热器（4）的内孔套锁在圆形尾气排放管道（1）外壁上，带外缘凸起的集热器（4）的凸起部分两侧分别固定有热电模块（3），热电模块（3）的冷热面均贴有石墨纸（2），热电模块（3）的热面通过石墨纸（2）与带外缘凸起的集热器（4）的凸起部分两侧贴合，热电模块（3）的冷面通过石墨纸（2）与散热器（8）平面贴合，热电模块（3）通过引线（9）连接稳压变压器（5）后，接入汽车供电系统。

2.根据权利要求1所述的一种圆形汽车尾气半导体热电发电机，其特征在于，所述的带外缘凸起的集热器（4）为铝制带外缘凸起的圆筒状集热器，凸起部分垂直于圆筒状集热器轴线。

3.根据权利要求1所述的圆形汽车尾气半导体热电发电机，其特征在于，所述的热电半导体的热电模块（3）的型号为TEHP1-00816-0.03。

4.根据权利要求1所述的圆形汽车尾气半导体热电发电机，其特征在于，所述的散热器（8）为二个铝制回字形截面圆形水冷散热器，通过接入汽车自带的水冷系统工作；二个圆形铝制回字形截面水冷散热器套装在带外缘凸起的集热器（4）凸起部分上下两侧，二个圆形铝制回字形截面水冷散热器的平面部分分别与带外缘凸起的集热器（4）凸起部分两侧上的热电模块的冷面接触，散热器（8）通过对锁将两组热电模块锁在带外缘凸起的圆形集热器（4）的凸起部分上。

5.根据权利要求1所述的一种圆形汽车尾气半导体热电发电机，其特征在于，所述热电发电机能在汽车尾气为热源下带外缘凸起的集热器温度为300-400℃、冷端60-80℃条件下稳定工作。

6.根据权利要求1和2所述的一种圆形汽车尾气半导体热电发电机，其特征在于，所述带外缘凸起的集热器（4）带有锁止机构，当带外缘凸起的集热器（4）套在圆形尾气排放管道（1）外壁时，可将带外缘凸起的集热器（4）牢固锁止在排气管上，不会因为排气管振动而导致集热器松脱。

7.根据权利要求1和4所述的一种圆形汽车尾气半导体热电发电机，其特征在于，所述散热器（8）带有上下两个圆形铝制回字形截面水冷散热器之间固定的锁止机构，将热电模块牢牢固定在散热器（8）与带外缘凸起的集热器（4）的凸起部分两侧之间。

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